Оседлать черную дыру. Исследователи предлагают радикальный способ добычи энергии в космосе

Черная дыра как гигантская электростанция

Результаты исследования группы португальских ученых уже доступны на сайте препринтов ArXiv.

Авторы рассматривают не традиционные концепции, которые подразумевают захват тепловой и кинетической энергию аккреционного диска и струй черной дыры.

Их заинтересовал более инновационный, пусть и пока совершенно теоретический подход. А именно — процесс Пенроуза, который решает задачу захвата энергии черной дыры в абсолютно пустом пространстве.

Впервые предложенный Роджером Пенроузом в 1971 году, он представляет собой способ извлечения вращательной энергии из черной дыры.

Пенроуз первым предположил, что можно использовать эффект, когда вращающееся тело искривляет близлежащее пространство таким образом, что объект, падающий на тело, слегка перемещается вдоль траектории вращения.

Вблизи вращающейся черной дыры эффект может быть очень сильным. В особенности в области эргосферы — так называется область пространства-времени в непосредственной близости от черной дыры. Там объекты могут быть перемещены вокруг черной дыры со скоростью, превышающей скорость света в свободном пространстве.

Как использовать этот эффект?

Пенроуз первым предположил, что если влететь в эргосферу черной дыры, а затем выпустить в нее излучение или некую массу, то вы получите вращательный толчок, который придаст вам большее ускорение прочь, чем то, с которым вы приблизились к черной дыре.

Ну и в силу закона о сохранении энергии полученная вами дополнительная энергия уравновешивается замедлением вращения черной дыры.

Пенроуз предполагал, что этот процесс может извлечь до 20% энергии покоя черной дыры.

Авторы исследования отмечают, что это — очень и очень много, ведь к примеру, при слиянии водорода в гелий выделяется лишь около 1% процента энергии покоя. А солнечные панели, например, обладают КПД около 20%.

Но исследователи считают это — не предел для черных дыр.

Гипотетически, эти «монстры» могли бы обеспечивать энергией целые цивилизации. Причем, совершенно «бесплатно». В том смысле, что это — неисчерпаемый, безлимитный источник энергии.

Простые черные дыры можно охарактеризовать тремя признаками: массой, вращением и электрическим зарядом. Наблюдаемые нами черные дыры обладают первыми двумя, но, поскольку материя электрически нейтральна, не обладают третьим.

Исследователи ли же берут за точку отсчета заряженные черные дыры, существование которых предсказано уравнениями Эйнштейна. Эта концепция также известна как пространство де Ситтера (с положительной космологической постоянной) и пространство анти-де Ситтера (с отрицательной космологической постоянной).

Хотя такая модель описывает не ту Вселенную, которая, по нашим представлениям, окружает нас, она часто используется для изучения пределов общей теории относительности, отмечает портал ScienceAlert.

Вместо того чтобы извлекать энергию из вращения черной дыры, авторы рассматривают возможность извлечения энергии через распад частиц с помощью эффекта Баньядоса-Силка-Запада.

Если заставить частицы отражаться между электромагнитными зеркалами в непосредственной близости от горизонта событий, то они будут получать энергию от черной дыры до тех пор, пока они не станут носителями полезной энергии, которую можно будет утилизировать.

Причем, исследование показывает, что эта схема остается рабочей даже для гипотетической анти-де ситтеровской вселенной. Заряженная черная дыра в абсолютной пустоте все равно будет способна отдавать энергию.

Т.е. движение частиц в вакууме также приведет к «зарядке», в качестве своеобразной камеры удержания будет выступать сама структура пространства-времени, предполагают авторы работы. Они сравнивают этот эффект с излучением Хокинга, но в данном случае не будет такой зависимости от квантовой гравитации.

Пока эта гипотеза остается смелой и далеко идущей, поскольку она применима лишь к гипотетической «параллельной» вселенной.

Поэтому процесс Пенроуза — это лучшее, что мы можем сделать на текущий момент, если у нас появится возможность приблизиться к черной дыре. Ну и конечно же, стоит в очередной раз отметить, что у нас пока нет (и в ближайшее время не предвидится) технологий, который позволили бы приблизиться к черным дырам.

Но благодаря таким необычным исследованиям, мы, возможно, научимся лучше понимать природу пространства и времени.

Польза от черных дыр

Это — не первое исследование об использовании черных дыр во благо человечества.

Ранее NV Техно писал о новом исследовании, которое показывает, что в теории человечество может использовать небольшие «рукотворные» черные дыры в качестве источника энергии.

Эти сверхплотные объекты могли бы работать как аккумуляторные батареи и ядерные реакторы, обеспечивая энергию в масштабе гигаэлектронвольт, показали расчеты исследователей из Университета Тяньцзиня в Китае.

Учитывая тот факт, что черная дыра имеет чрезвычайно сильную гравитационную силу, возникает интересный вопрос: по крайней мере теоретически, можем ли мы использовать силу притяжения черных дыр для генерации электрической энергии, то есть использовать черные дыры как батареи? Мы можем использовать черную дыру Шварцшильда, простейшую по строению черную дыру, состоящую только из сингулярности и горизонта событий как аккумуляторную батарею, утверждают авторы исследования.