Можем ли мы использовать энергию черных дыр?

Замечательное предсказание общей теории относительности Эйнштейна — теории, которая связывает пространство, время и гравитацию — состоит в том, что вращающиеся черные дыры обладают огромным количеством энергии, доступной для использования.

Последние 50 лет ученые пытались придумать способы раскрыть эту силу. Нобелевский физик Роджер Пенроуз предположил, что распад частицы может потреблять энергию из черной дыры; Стивен Хокинг предположил, что черные дыры могут выделять энергию посредством квантово-механического излучения; в то время как Роджер Бландфорд и Роман Знайек предложили электромагнитный крутящий момент в качестве основного способа извлечения энергии.

В журнале Physical Review D, физики Лука Комиссо из Колумбийского университета и Фелипе Асенджо из Университета Адольфо Ибанез в Чили нашли новый способ извлечения энергии из черных дыр путем разрыва и соединения силовых линий магнитного поля вблизи горизонта событий — точки, из которой ничто, даже свет, не может избежать гравитационного притяжения черной дыры.

«Черные дыры обычно окружены горячим «супом» из частиц плазмы, несущих магнитное поле», — сказал Лука Комиссо, один из авторов исследования.

«Наша теория показывает, что когда силовые линии магнитного поля разъединяются и снова соединяются правильным образом, они могут ускорять частицы плазмы до отрицательных энергий, и может быть извлечено большое количество энергии черной дыры».

По словам Комиссо, это открытие может позволить астрономам лучше оценить вращение черных дыр, стимулировать выбросы энергии черных дыр и даже может стать источником энергии для нужд развитой цивилизации.

Комиссо и Асенжо построили свою теорию на предпосылке, что пересоединение магнитных полей ускоряет частицы плазмы в двух разных направлениях. Один поток плазмы сталкивается со спином черной дыры, а другой движется в направлении вращения и может вырваться из тисков черной дыры, которая высвобождает энергию, если плазма, поглощенная черной дырой, имеет отрицательную энергию.

«Это похоже на то, что человек может похудеть, съев леденцы с отрицательными калориями», — сказал Комиссо, объяснив, что, по сути, черная дыра теряет энергию, поедая частицы с отрицательной энергией. «Это может показаться странным, — сказал он, — но это может произойти в области, называемой эргосферой, где пространственно-временной континуум вращается так быстро, что каждый объект вращается в том же направлении, что и черная дыра».

Внутри эргосферы магнитное пересоединение настолько велико, что частицы плазмы ускоряются до скоростей, приближающихся к скорости света.

Асенхо, соавтор исследования, объяснил, что высокая относительная скорость между захваченными и уходящими потоками плазмы — это то, что позволяет предлагаемому процессу извлекать огромное количество энергии из черной дыры.

«Мы подсчитали, что процесс возбуждения плазмы может достичь эффективности 150 процентов, что намного выше, чем у любой электростанции, работающей на Земле», — сказал Асенджо. «Достижение эффективности, превышающего 100 процентов, возможно, потому что черные дыры пропускают энергию, которая бесплатно отдается плазме, покидающей черную дыру».

Процесс извлечения энергии, предусмотренный Комиссо и Асенжо, возможно, уже работает в большом количестве черных дыр. Это может быть причиной вспышек черных дыр — мощных всплесков излучения, которые можно обнаружить с Земли.

Хотя это может звучать как научная фантастика, добыча энергии из черных дыр может быть ответом на наши будущие потребности в энергии.

«Через тысячи или миллионы лет человечество могло бы выжить вокруг черной дыры, не используя энергию звезд», — сказал Комиссо.