Forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory har räknat ut hur energi kan utvinnas från ett roterande svart hål för att påskynda partiklarna till nära ljushastigheter. Simuleringsresultaten visade att det svarta hålet producerar "negativ energi" genom Penrose-processen, som påskyndar kroppen nära händelseshorisonten. Detta rapporteras av Science Alert.
Det är känt att svarta hål, som har en ackretionsskiva, genererar strålar (jets) av relativistisk plasma som rymmer från polerna. Eftersom det svarta hålet har en kraftfull attraktion har forskare utvecklat flera hypoteser om var energin kommer ifrån, vilket gör att jetflygplanen kan lämna gravitationsfältet. Det antas att ett roterande svart hål har ett speciellt område med tid-rymden - ergosfären, som är belägen mellan händelsevisinen och den statiska gränsen, det vill säga gränsen under vilken kroppen inte längre kan vara i vila och rör sig mot det svarta hålets rotation.
I ergosfären sker processer som gör att kroppen kan utvinna det svarta hålets rotationsenergi för att ge sig själv tillräcklig acceleration. Enligt Penrose-processen kan kroppen delas upp i två delar, varav den ena måste falla bortom händelseshorisonten. Om två fragment har vissa hastigheter, en speciell position relativt varandra och flyger längs de rätta banorna, överför fallet av ett fragment energin från den andra delen, större än den energi som kroppen ursprungligen hade. För en extern observatör ser det ut som om kroppen var uppdelad i en del med positiv energi och en del med "negativ energi", som, när den faller bortom horisonten, minskar det svarta hålets vinkelmoment. Som ett resultat flyger det första fragmentet ut ur ergosfären och "tar" det svarta hålets rotationsenergi.
En annan mekanism, kallad Blanford-Znaek-processen, tillhandahålls av magnetfältet som skapar ackretionsskivan. Det kräver också en ergosfär, där ett elektriskt fält och en potentialskillnad mellan ekvatorn och polerna i det svarta hålet uppstår. Med andra ord påminner ett svart hål något om en unipolär generator, men denna process kräver närvaron av kaskader av elektron-positronpar.
Simuleringsresultaten visade att båda dessa processer äger rum i ergosfären i ett svart hål. Forskare har simulerat beteendet hos en plasma, där partikelkollisioner inte spelar en speciell roll, i närvaro av ett starkt gravitationsfält som genereras av ett svart hål. Som ett resultat började elektroner och positroner dyka upp i systemet, vilket bidrog till generering av energi i det elektromagnetiska fältet, som släpptes ut i form av strålar. Under tiden bromsade uppenbarligen vissa partiklar rotationen av det svarta hålet och föll bortom händelseshorisonten, det vill säga de hade "negativ energi", enligt Penrose-processen. Emellertid den bråkdel av energi som utvunnits på detta sätt var mycket liten.