|
Нейтроны и вращающиеся черные дыры
|
|
|
|
Галактические черные дыры - это космические митохондрии, энергетические центры Вселенной. Большая часть энергии, которую вырабатывают эти сверхмассивные черные дыры, поступает из окружающего их материала: перегретой плазмы в их аккреционных дисках, взаимодействующей с мощными магнитными полями. Но есть и более прямой способ извлечь энергию из черной дыры. Это известно как процесс Пенроуза, и новое исследование ставит вопрос о том, можем ли мы обнаружить признаки этого процесса.
|
|
|
|
Впервые предложенный Роджером Пенроузом в 1969 году механизм описывает, как можно извлекать энергию непосредственно из вращающейся черной дыры, уменьшая таким образом ее общую массу. Это отличается от обычного механизма, при котором черные дыры генерируют энергию в качестве побочного продукта поглощения материи и увеличения массы. Он основан на свойстве вращающихся черных дыр, известном как эргосфера.
|
|
|
|
Вращаясь, черная дыра увлекает за собой пространство. Этот эффект перетаскивания кадров наиболее силен вблизи черной дыры. Эргосфера - это область вокруг черной дыры, где перетаскивание кадров настолько сильно, что вы не можете противостоять ему. Даже если бы у вас был космический корабль, способный развивать скорость, близкую к скорости света, вы не смогли бы преодолеть вращающуюся рамку. Вы будете вращаться вокруг черной дыры, несмотря ни на что. Из-за этого пространственно-временные эффекты, связанные с теорией относительности, становятся немного запутанными.
|
|
|
|
|
|
|
Итак, представьте, что вы загрузили космический корабль бесполезным хламом и вошли в эргосферу черной дыры. Поскольку вы вынуждены вращаться вокруг черной дыры, вы сбрасываете мусор, который по спирали устремляется к черной дыре. Но из-за закона сохранения энергии вы получаете дополнительный импульс. Таким образом, вы можете вырваться из гравитационного поля черной дыры, получив больше энергии, чем было у вас в начале. Черная дыра, в свою очередь, поглощает «отрицательную» энергию мусора и теряет массу.
|
|
|
|
Этот простой вариант не слишком эффективен, но его вариации, учитывающие взаимодействие с магнитными полями, могут быть весьма действенными. Теоретически заряженные частицы определенного типа могут получить колоссальный энергетический импульс.
|
|
|
|
Именно этому посвящена недавняя статья, опубликованная на сервере препринтов arXiv. Вместо гипотетического космического корабля авторы рассматривают нейтрон в эргосфере черной дыры Стрелец А*, которая находится в центре Млечного Пути. Нейтроны не имеют суммарного электрического заряда, но могут распадаться на протон, электрон и нейтрино. Этот распад выполняет ту же функцию, что и сброс космического мусора. Нейтрон отбрасывает электрон, давая протону энергетический толчок. Поскольку и протон, и электрон электрически заряжены, они взаимодействуют с магнитным полем в эргосфере, используя, таким образом, магнитный процесс Пенроуза (MPP).
|
|
|
|
Основываясь на разумных оценках траектории попадания нейтрона в эргосферу, команда считает, что MPP может генерировать протоны с энергией в диапазоне ПэВ. Это петаэлектронвольты, что в тысячу раз превышает энергию самых энергичных протонов в Большом адронном коллайдере. Эти протоны вылетели бы из эргосферы почти со скоростью света и врезались бы в молекулы газа, окружающие черную дыру. Это привело бы к появлению интенсивных гамма-лучей со специфической спектральной характеристикой.
|
|
|
|
Кроме того, поскольку при распаде нейтрона также образуется нейтрино, MPP также должен генерировать нейтрино высокой энергии. Это означает, что астрономы могли бы наблюдать множественный сигнал, состоящий из света и нейтрино.
|
|
|
|
К сожалению, как гамма-излучение, так и нейтринные сигналы слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать с помощью нашей современной технологии. Но модернизированные версии высокогорной водной Черенковской обсерватории (HAWC) и новая версия нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде должны их обнаружить. Это означает, что в ближайшем будущем мы можем обнаружить свидетельства процесса Пенроуза и доказательства того, что чёрные дыры всё-таки могут терять массу.
|
|
|
|
Источник
|
