استخراج انرژی از سیاه‌چاله‌های چرخان

ایده‌ای بسیار جالب‌تر که نخستین‌بار توسط راجر پنروز، فیزیک‌دان و ریاضی‌دان برجسته، مطرح شد، استفاده از سیاه‌چاله‌های چرخان، که با نام سیاه‌چاله‌های کر (Kerr) شناخته می‌شوند، برای استخراج انرژی است. این نوع از سیاه‌چاله‌ها نخستین‌بار توسط روی کر و از لحاظ هندسی توصیف شدند.

در سال ۱۹۶۹، پنروز پیشنهاد داد که اگر جسمی به ناحیه‌ی ارگوسفر، منطقه‌ای درست بیرون از افق رویداد سیاه‌چاله است وارد شود، می‌توان با استفاده از انرژی چرخشی سیاه‌چاله، جسم را شتاب داد و انرژی از آن استخراج کرد. این فرآیند، که به «فرآیند پنروز» معروف است، مستلزم آن است که بخشی از جسم انرژی منفی کسب کند تا بتوان انرژی آن را بازیابی کرد؛ در غیر این صورت، تنها چیزی که به‌دست می‌آید، تغذیه‌ی بیشتر سیاه‌چاله است.

جورج پینوشه، استاد فیزیک دانشگاه متروپولیتنای علوم آموزشی سانتیاگو، در مقاله‌ای که به‌تازگی منتشر شده، می‌گوید: «بیایید فرض کنیم ذره‌ای را از فاصله‌ی بسیار دور به درون ارگوسفر یک سیاه‌چاله‌ی کر و در مسیری پادگرد (خلاف جهت چرخش سیاه‌چاله) پرتاب می‌کنیم. حال، فرض کنید مسیر آن را طوری تنظیم می‌کنیم که هنگام ورود به ارگوسفر، ذره به دو قسمت تقسیم شود: یکی از آن‌ها توسط سیاه‌چاله جذب شود و دیگری به بیرون فرار کند و فاصله‌ی بسیار زیادی را بپیماید.»

او ادامه می‌دهد:«به‌دلیل شدت فوق‌العاده‌ی گرانش درون سیاه‌چاله، نسبیت عام اجازه می‌دهد بخش جذب‌شده انرژی منفی داشته باشد.» در چنین حالتی، پنروز نشان داد که بخش فراری، انرژی بیشتری نسبت به بخش جذب‌شده دارد. اگرچه در نگاه اول این امر ممکن است خلاف قانون بقای انرژی به‌نظر برسد، اما طبق نظریه‌ی نسبیت عام، این‌طور نیست.

پینوشه می‌افزاید:«حقه‌ی اصلی این است که سیاه‌چاله انرژی منفی را جذب می‌کند و این باعث کاهش جرم-انرژی و در نتیجه کاهش سرعت چرخش آن می‌شود. به عبارت دیگر، ما موفق شده‌ایم بخشی از انرژی چرخشی سیاه‌چاله را استخراج کنیم.»

فوران‌های عظیم از دل مغناطیس

مکانیزم دیگری که در این مقاله توضیح داده شده، مکانیزم بلنفورد، زنجک (Blandford-Znajek) است که سعی دارد توضیح دهد چگونه فوران‌های عظیمی که از سیاه‌چاله‌های چرخان دیده می‌شوند، شکل می‌گیرند.

پینوشه توضیح می‌دهد:«هنگامی که گازهای موجود در قرص برافزایشی به سمت سیاه‌چاله حرکت می‌کنند، در مسیری مارپیچ می‌چرخند. این حرکت باعث اصطکاک داخلی و داغ‌شدن گازها تا دماهایی در حد چند میلیون کلوین می‌شود. این دما باعث یونیزه شدن گاز و تبدیل آن به پلاسما می‌شود، یعنی ترکیبی از یون‌های مثبت و الکترون‌های منفی. این ذرات باردار متحرک، میدان‌های مغناطیسی بسیار پویایی ایجاد می‌کنند که باعث می‌شوند پلاسما به شکل دو فوران عظیم و با سرعت نسبیتی در امتداد محور چرخش سیاه‌چاله خارج شود.»

ایده‌ی جدیدتری که در سال‌های اخیر مطرح شده، «پیشران هاله‌ای» نام دارد. مزیت این فناوری فرضی آن است که نیازی به ورود ذره به درون سیاه‌چاله یا استفاده از انرژی منفی نیست. همان‌طور که نور هنگام عبور از چاه‌های گرانشی انرژی می‌گیرد، مشابه کمک‌گرفتن گرانشی فضاپیماها، می‌توان از این پدیده برای افزایش انرژی فوتون‌ها استفاده کرد.

البته، تمامی این روش‌ها در حال حاضر صرفاً در حد نظریه و محاسبات ریاضی هستند. با اینکه دانش ما از سیاه‌چاله‌ها در سده‌ی اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است، هنوز راه زیادی تا پیاده‌سازی عملی چنین پروژه‌هایی باقی مانده است. افزون بر آن، اصلاً هنوز معلوم نیست که چگونه می‌توان به سیاه‌چاله‌ای برای این نوع عملیات نزدیک شد. 

منبع: