Wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben ontdekt hoe energie kan worden gewonnen uit een roterend zwart gat om deeltjes te versnellen tot bijna-lichtsnelheden. De simulatieresultaten toonden aan dat het zwarte gat "negatieve energie" produceert door het Penrose-proces, dat het lichaam versnelt nabij de waarnemingshorizon. Dat meldt Science Alert.
Het is bekend dat zwarte gaten, die een accretieschijf hebben, stralen (jets) van relativistisch plasma genereren die uit de polen ontsnappen. Omdat het zwarte gat een sterke aantrekkingskracht heeft, hebben wetenschappers verschillende hypothesen ontwikkeld over waar de energie vandaan komt, waardoor de jets het zwaartekrachtveld kunnen verlaten. Aangenomen wordt dat een roterend zwart gat een speciaal gebied van ruimte-tijd heeft - de ergosfeer, die zich tussen de waarnemingshorizon en de statische limiet bevindt, dat wil zeggen de grens waaronder het lichaam niet langer in rust kan zijn en naar de rotatie van het zwarte gat beweegt.
In de ergosfeer vinden processen plaats die het lichaam in staat stellen de rotatie-energie van het zwarte gat te extraheren om zichzelf voldoende te versnellen. Volgens het Penrose-proces kan het lichaam zich in twee delen splitsen, waarvan er één voorbij de waarnemingshorizon moet vallen. Als twee fragmenten bepaalde snelheden hebben, een speciale positie ten opzichte van elkaar en langs de juiste banen vliegen, dan draagt de val van het ene fragment de energie van het andere deel over, groter dan de energie die het lichaam oorspronkelijk bezat. Voor een waarnemer van buitenaf lijkt het alsof het lichaam is verdeeld in een deel met positieve energie en een deel met "negatieve energie", die, wanneer het voorbij de horizon valt, het impulsmoment van het zwarte gat vermindert. Het resultaat is dat het eerste fragment uit de ergosfeer vliegt en de rotatie-energie van het zwarte gat "opneemt".
Een ander mechanisme, het Blanford-Znaek-proces genoemd, wordt geleverd door het magnetische veld dat de aanwasschijf creëert. Het vereist ook een ergosfeer, waar een elektrisch veld en een potentiaalverschil tussen de evenaar en de polen van het zwarte gat optreden. Met andere woorden, een zwart gat doet enigszins denken aan een unipolaire generator, maar dit proces vereist de aanwezigheid van cascades van elektronen-positronparen.
De simulatieresultaten toonden aan dat beide processen plaatsvinden in de ergosfeer van een zwart gat. Wetenschappers hebben het gedrag van een plasma nagebootst, waarin deeltjesbotsingen geen speciale rol spelen, in aanwezigheid van een sterk zwaartekrachtveld dat wordt opgewekt door een zwart gat. Als gevolg hiervan begonnen elektronen en positronen in het systeem te verschijnen, wat bijdroeg aan de opwekking van energie in het elektromagnetische veld, uitgezonden in de vorm van jets. Ondertussen vertraagden sommige deeltjes blijkbaar de rotatie van het zwarte gat en vielen voorbij de waarnemingshorizon, dat wil zeggen, ze hadden "negatieve energie", volgens het Penrose-proces. De fractie energie die op deze manier werd teruggewonnen, was echter erg klein.