Физики предложили способ извлечения энергии из черной дыры: как это работает

Фото: ESO

Физики описали способ, с помощью которого энергия из магнитного поля черной дыры может передаваться в близлежащую материю. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv, пишет Phys.

Гравитационное поле вращающейся черной дыры является не только чрезвычайно сильным, но и очень странным. Гравитация черной дыры настолько огромная, что искривляет пространство и время. В то же время она настолько странная, что даже такие понятия, как движение и вращение, переворачиваются с ног на голову. Понимание того, как работает черная дыра очень сложно, но именно вращение и движение помогают ученым понять, как черные дыры создают огромную энергию.

Черные дыры создаются, когда материя сжимается под влиянием гравитации и становится настолько плотной, что пространство-время заключает ее в горизонт событий черной дыры. Это означает, что черные дыры не являются физическими объектами в привычном смысле. Они не состоят из материи, а скорее являются гравитационным отпечатком того места, где была материя.

То же самое относится и к гравитационному сжатию вращающейся материи. Если речь идет о вращающейся черной дыре, это не значит, что ее горизонт событий вращается как волчок. Это значит, что пространство-время вблизи черной дыры закручено в виде гравитационного эха некогда вращавшейся материи. И именно тогда возникают странные явления.

Представьте, что выбросили в черную дыру не вращающийся мяч прямо в ее недра. Вместо того, чтобы падать по прямой линии к черной дыре, траектория движения мяча сместится в сторону от орбитальной траектории по мере его падения, двигаясь вокруг черной дыры все быстрее по мере приближения. Этот известно, как эффект Лензе — Тирринга, когда черные дыры во время вращения увлекают за собой само пространство-время. В это случае часть вращения черной дыры передается мячу, даже если мяч находится в свободном падении. Чем ближе мяч к черной дыре, тем сильнее эффект.

Новое исследование физиков показывает, как этот эффект может передавать энергию из магнитного поля черной дыры в близлежащую материю. Черные дыры часто имеют вокруг себя аккреционный диск из газа и пыли. Когда материал диска вращается вокруг черной дыры, он может создавать мощное магнитное поле, которое может нагревать материю. Хотя большая часть энергии, создаваемой магнитным полем, вызвана орбитальным движением, эффект Лензе — Тирринга может добавить дополнительный толчок.

По сути, магнитное поле черной дыры создается за счет объемного движения аккреционного диска. Но благодаря эффекту Лензе — Тирринга внутренняя часть диска движется немного быстрее, чем должна, а внешняя часть движется немного медленнее. Это относительное движение между ними означает, что материя движется относительно магнитного поля, создавая своего рода эффект динамо.

Таким образом черная дыра создает больше электромагнитной энергии, чем можно было бы ожидать. Хотя этот эффект очень маленький у черных дыр звездной массы, он достаточно большой у сверхмассивных черных дыр, считают физики.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform