Осідлати чорну діру. Дослідники пропонують радикальний спосіб видобутку енергії в космосі

Чорна діра як гігантська електростанція

Результати дослідження групи португальських учених уже доступні на сайті препринтів ArXiv.

Автори розглядають не традиційні концепції, які мають на увазі захоплення теплової та кінетичної енергії аккреційного диска і струменів чорної діри.

Їх зацікавив більш інноваційний, нехай і поки що абсолютно теоретичний підхід. А саме — процес Пенроуза, який розв’язує задачу захоплення енергії чорної діри в абсолютно порожньому просторі.

Вперше запропонований Роджером Пенроузом 1971 року, він являє собою спосіб вилучення обертальної енергії з чорної діри.

Пенроуз першим припустив, що можна використовувати ефект, коли тіло, що обертається, викривляє прилеглий простір у такий спосіб, що об'єкт, який падає на тіло, злегка переміщається вздовж траєкторії обертання.

Поблизу чорної діри, що обертається, ефект може бути дуже сильним. Особливо в області ергосфери — так називається область простору-часу в безпосередній близькості від чорної діри. Там об'єкти можуть бути переміщені навколо чорної діри зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вільному просторі.

Як використовувати цей ефект?

Пенроуз першим припустив, що якщо влетіти в ергосферу чорної діри, а потім випустити в неї випромінювання або якусь масу, то ви отримаєте обертальний поштовх, який надасть вам більше прискорення геть, ніж те, з яким ви наблизилися до чорної діри.

Ну і в силу закону про збереження енергії отримана вами додаткова енергія врівноважується уповільненням обертання чорної діри.

Пенроуз припускав, що цей процес може витягти до 20% енергії спокою чорної діри.

Автори дослідження зазначають, що це — дуже і дуже багато, адже, наприклад, під час злиття водню в гелій виділяється лише близько 1% відсотка енергії спокою. А сонячні панелі, наприклад, мають ККД близько 20%.

Але дослідники вважають, що це — не межа для чорних дір.

Гіпотетично, ці «монстри» могли б забезпечувати енергією цілі цивілізації. Причому, абсолютно «безкоштовно». У тому сенсі, що це — невичерпне, безлімітне джерело енергії.

Прості чорні діри можна охарактеризувати трьома ознаками: масою, обертанням і електричним зарядом. Спостережувані нами чорні діри мають перші дві, але, оскільки матерія електрично нейтральна, не мають третьої.

Дослідники ж беруть за точку відліку заряджені чорні діри, існування яких передбачено рівняннями Ейнштейна. Ця концепція також відома як простір де Сіттера (з позитивною космологічною постійною) і простір анти-де Сіттера (з негативною космологічною постійною).

Хоча така модель описує не той Всесвіт, який, за нашими уявленнями, оточує нас, вона часто використовується для вивчення меж загальної теорії відносності, зазначає портал ScienceAlert.

Замість того щоб витягувати енергію з обертання чорної діри, автори розглядають можливість вилучення енергії через розпад частинок за допомогою ефекту Баньядоса-Сілка-Заходу.

Якщо змусити частинки відбиватися між електромагнітними дзеркалами в безпосередній близькості від горизонту подій, то вони отримуватимуть енергію від чорної діри доти, доки вони не стануть носіями корисної енергії, яку можна буде утилізувати.

Причому, дослідження показує, що ця схема залишається робочою навіть для гіпотетичного анти-де ситтерівського всесвіту. Заряджена чорна діра в абсолютній порожнечі все одно буде здатна віддавати енергію.

Тобто рух частинок у вакуумі також призведе до «зарядки», своєрідною камерою утримання виступатиме сама структура простору-часу, припускають автори роботи. Вони порівнюють цей ефект із випромінюванням Гокінга, але в цьому разі не буде такої залежності від квантової гравітації.

Поки що ця гіпотеза залишається сміливою і далекосяжною, оскільки вона може бути застосована лише до гіпотетичного «паралельного» всесвіту.

Тому процес Пенроуза — це найкраще, що ми можемо зробити на поточний момент, якщо у нас з’явиться можливість наблизитися до чорної діри. Ну і звісно ж, варто вкотре зазначити, що в нас поки що немає (і найближчим часом не передбачається) технологій, які дозволили б наблизитися до чорних дір.

Але завдяки таким незвичайним дослідженням, ми, можливо, навчимося краще розуміти природу простору і часу.

Користь від чорних дір

Це — не перше дослідження про використання чорних дір на благо людства.

Раніше NV Техно писав про нове дослідження, яке показує, що в теорії людство може використовувати невеликі «рукотворні» чорні діри як джерело енергії.

Ці надщільні об'єкти могли б працювати як акумуляторні батареї та ядерні реактори, забезпечуючи енергію в масштабі гігаелектронвольт, показали розрахунки дослідників з Університету Тяньцзіня в Китаї.

З огляду на той факт, що чорна діра має надзвичайно сильну гравітаційну силу, постає цікаве запитання: принаймні теоретично, чи можемо ми використовувати силу тяжіння чорних дір для генерації електричної енергії, тобто використовувати чорні діри як батареї? Ми можемо використовувати чорну діру Шварцшильда, найпростішу за будовою чорну діру, яка складається тільки із сингулярності та горизонту подій як акумуляторну батарею, стверджують автори дослідження.