процесс Пенроузаэффект
Роджер Пенроуз в 1969 году показал, что вращающаяся чёрная дыра обладает областью вне горизонта — эргосферой — где можно отнять часть её энергии вращения. Механизм таков: частица, влетая в эргосферу, движется по сложной орбите и распадается на две. Одна из них может уйти на бесконечность с энергией большей, чем у исходной частицы, а вторая падает в дыру, унося отрицательную энергию (по удалённым часам) и противоположный угловой момент. В итоге чёрная дыра замедляется, а избыток энергии достаётся вылетевшей частице. Максимальная эффективность процесса может достигать 20,7% для дыры с критическим вращением. Это объясняет, как сверхмассивные чёрные дыры в квазарах способны генерировать колоссальные потоки излучения.
Как работает
Требуется вращающаяся чёрная дыра (Керра) с эргосферой — областью между горизонтом событий и статическим пределом, где ни одно тело не может покоиться, а обязано вращаться в сторону вращения дыры. Энергия из эргосферы извлекается за счёт «отрицательных» траекторий: падающая частица уносит угловой момент против вращения, уменьшая энергию дыры. В природе может подпитывать сверхмощные джеты из центров галактик.
💡 Процесс Пенроуза — космический аналог «воровства» энергии: как если бы вы кидали мяч в пропеллер и он отскакивал быстрее, замедляя пропеллер.
E = -p_\mu \xi^\mu
E — энергия частицы, измеренная удалённым наблюдателем, p_μ — ковариантные компоненты 4-импульса частицы, ξ^μ — времениподобный вектор Киллинга пространства-времени, который на бесконечности совпадает с направлением времени.