24 юни 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Физици описаха нов начин за получаване на енергия от черни дупки

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 януари 2021 в 13:57 25190
Кредит: Wikimedia Commons

Двама учени доказаха теоретично нов начин за добиване на енергия от черни дупки. Енергията може да бъде излечена от плазмени частици, ускорени в резултат на магнитно присъединяване.

Това не е първият предложен механизъм за извличане на енергия от черни дупки - възможността за този процес е доказана от Роджър Пенроуз през 1969 г., а след него предлагат методи и други физици, в това число и Стивън Хокинг.

Сега е представен нов начин за добиване на енергия от черни дупки, описан в статия, публикувана в списание Physical Review D.

Теорията на относителността предвижда, че въртящите се черни дупки могат да се използват като енергийни източници.

Методът на Пенроуз

През 1969 г. британският физик и математик Роджър Пенроуз предлага теория, която описва как може да се извлече енергия от въртяща се черна дупка. Той предполага, че може да бъде генерирана енергия като се пусне обект в ергосферата на черната дупка - външния слой на хоризонта на събитията. В тази област самото пространство се върти около черната дупка със скоростта на светлината - това е буквално, не само частиците, попадащи там, са подложени на огромни ускорения, а самото пространство. Това се нарича още ефект на Лензе-Тиринг (Lense-Thirring effect) или увличане на инерциална отправна система.

Структура на въртяща се черна дупка. Кредит: K.A.I.L. WIJEWARDENA GAMALATH

Обект, попаднал в ергосферата, ще бъде принуден да се движи по-бързо от скоростта на светлината, за да остане неподвижен, пише Phys.org. Пенроуз предсказа, че обектът ще придобие отрицателна енергия в тази необичайна зона на пространство.

Ако някакъв обект се раздели на две части, така че едната да падне в дупката, а втората да се издигне, отскокът ще доведе до загуба на отрицателната енергия - всъщност връщащата се половинка ще акумулира енергията на въртене на черната дупка.

Името ергосфера, предложено от Ремо Руфини (Remo Ruffini) и Джон Уилър (John Wheeler) по време на лекция през 1971 г., съдържа гръцката дума "ерго", която означава "работа". Тя получава това име, защото теоретично е възможно да се извлича енергия и маса от тази област. Анимацията показва тестова частица, приближаваща се към ергосферата в ретроградна посока, която е принудена да промени посоката си на движение. Кредит: Wikimedia Commons

Едната част от обекта трябва да полети в утробата на черна дупка. Енергията на това отдаване ще даде първичен импулс на половината от обекта, който ще се запази в ергосферата. Придвижвайки се във въртящия се външен участък на черната дупка, оцелялата част ще бъде ускорена навън, с допълнителен импулс от черната дупка. Ако всичко върви точно както трябва, тази половинка ще излезе от ергосферата с около 21% повече енергия, отколкото е влязла.

Процесът на Пенроуз показва възможността за получаване на енергия от черна дупка, но методът не много практичен.

Затова учените активно търсят други механизми. Например Стивън Хокинг показа, че черните дупки могат да отделят енергия чрез радиация. Друг начин за извличане на енергия е процесът на Бланфорд-Знаек, основан на електромагнитно взаимодействие.

Нов алтернативен метод 

Лука Комисо (Luca Comisso) от Колумбийския университет и Фелипе Асенджо (Felipe A. Asenjo) от Университета „Адолфо Ибанес“ описват в статията си друга алтернатива на процеса на Пенроуз.

Черните дупки са заобиколени от гореща плазма, чиито частици имат магнитно поле. Основата на новия механизъм за получаване на енергия от въртящи се черни дупки е т. нар. магнитно присъединяване на линиите на магнитното поле вътре в ергосферата. В този случай черната дупка трябва да се намира във външно магнитно поле, да има голям спин (a ~ 1) и околната плазма да е със силно намагнитване. Нужните свойства имат например черните дупки с дълги и кратки гама-импулси и свръхмасивните черни дупки в активни галактически ядра притежават необходимите характеристики.

Магнитното присъединяване ускорява част от плазмата по посока на въртенето на дупката. Другата част се ускорява в обратна посока и излиза извън хоризонта на събитията. Освобождаването на енергия, както при механизма на Пенроуз, се случва, ако абсорбираната плазма има отрицателна енергия, а ускорената „избяга“ от ергосферата. Разликата е, че образуването на частици с отрицателна енергия изисква разсейване на енергията на магнитното поле. В описания от Пенроуз процес играе роля само инерцията на частиците.

Схематична илюстрация на механизма на извличане на енергия от въртяща се черна дупка чрез магнитно присъединяване в ергосферата на черната дупка. Панели (а) и (б) изобразяват съответно меридионален и екваториален изглед. Кредит: Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes, Luca Comisso and Felipe A. Asenjo, Phys. Rev. D 103, 023014

Учените твърдят, че ефективността на описания процес е 150 процента. Това означава, че процесът позволява да се получи един и половина пъти повече енергия, отколкото трябва да се вложи в неговото изпълнение. Постигането на КПД над 100% е възможно, тъй като плазмените частици, освободени от ергосферата, изличаат енергията на черната дупка.

Откритието на нов механизъм за извличане на енергия от черни дупки ще позволи на астрономите да оценят по-добре въртящия момент на черните дупки и да разберат как излъчват енергия. Откритието е все още далеч от практическото приложение: необходимо е да се измисли как да се лети до черната дупка и да се постави нещо в нейната ергосфера, без да се падне зад хоризонта на събитията.

Справка: Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes
Luca Comisso and Felipe A. Asenjo
Phys. Rev. D 103, 023014 – Published 13 January 2021, doi: 10.1103/PhysRevD.103.023014

Източник: Could We Harness Energy from Black Holes?, Columbia University in the City of New York


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.