เครื่องบินไอพ่นหลุมดำอาจถูกเติมเชื้อเพลิงด้วย 'พลังงานเชิงลบ' แปลก ๆ นักดาราศาสตร์ค้นพบ

เมื่อกหลุมดำกำลังให้อาหารอย่างแข็งขันสามารถสังเกตสิ่งแปลก ๆ ได้: พลาสมาอันทรงพลังมหาศาลพุ่งออกมาจากเสาด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสง

เมื่อพิจารณาจากปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงในขณะนั้น การที่ไอพ่นเหล่านั้นก่อตัวขึ้นได้อย่างไรนั้นยังคงเป็นปริศนา แต่ขณะนี้ เมื่อใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ทีมนักฟิสิกส์ได้คำตอบว่าอนุภาคที่ดูเหมือนจะมี "พลังงานเชิงลบ" จะดึงพลังงานจากหลุมดำแล้วเปลี่ยนเส้นทางไปยังไอพ่น

และเป็นครั้งแรกที่ทฤษฎีนี้ได้รวมเอาสองสิ่งที่แตกต่างกันและดูเหมือนเข้ากันไม่ได้ทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการดึงพลังงานจากหลุมดำ

อันแรกเรียกว่ากระบวนการแบลนด์ฟอร์ด-ซนาเยคและอธิบายว่าสนามแม่เหล็กของหลุมดำสามารถดึงพลังงานจากการหมุนของมันได้อย่างไร

เป็นวัสดุในการแผ่นดิสก์เพิ่มปริมาณทฤษฎีระบุว่าหมุนวนเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์มากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น ภายในสนามแม่เหล็กนี้ หลุมดำทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่กำลังหมุนอยู่ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วกับเส้นศูนย์สูตร แรงดันไฟฟ้านี้ถูกปล่อยออกจากขั้วเหมือนไอพ่น

ประการที่สองเรียกว่ากระบวนการเพนโรสและขึ้นอยู่กับการอนุรักษ์โมเมนตัมมากกว่าแม่เหล็ก พลังงานการหมุนของหลุมดำไม่ได้อยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่อยู่ในบริเวณด้านนอกที่เรียกว่าเออร์โกสเฟียร์ซึ่งมาสัมผัสกับขอบฟ้าเหตุการณ์ที่เสา

ตามกระบวนการของเพนโรส หากวัตถุภายในบริเวณนี้แตกออกจากกัน โดยชิ้นหนึ่งพุ่งเข้าหาหลุมดำ และอีกชิ้นหนึ่งเหวี่ยงออกไปด้านนอก ต้านการหมุนของหลุมดำ ชิ้นส่วนที่พุ่งออกไปด้านนอกจะโผล่ออกมาด้วยพลังงานมากขึ้น โดยสกัดจาก การหมุน ทำให้เกิด 'พลังลบ' ขึ้นมา

สถานการณ์ทั้งสองนี้น่าสนใจ แต่จนถึงขณะนี้เรายังไม่แน่ใจคำตอบที่ถูกต้อง

"พลังงานในการหมุนรอบหลุมดำสามารถดึงออกมาเพื่อสร้างไอพ่นได้อย่างไร"ไคล์ พาร์ฟรีย์ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีกล่าวของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley “นี่เป็นคำถามมานานแล้ว”

ทีมงานได้ออกแบบการจำลองพลาสมาที่ไม่มีการชนกัน (ซึ่งการชนของอนุภาคไม่ได้มีบทบาทสำคัญ) ต่อหน้าสนามโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมดำ พวกเขายังเป็นสาเหตุให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนในสนามไฟฟ้า ซึ่งทำให้มีความหนาแน่นของพลาสมาที่สมจริงยิ่งขึ้น

การจำลองที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติทำให้เกิดกระบวนการแบลนด์ฟอร์ด-ซนาเจค อิเล็กตรอนและโพซิตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามรอบหลุมดำ ทำให้เกิดพลังงานในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่พุ่งออกจากขั้วเหมือนไอพ่น

แต่มันอีกด้วยทำให้เกิดรูปแบบหนึ่งของกระบวนการเพนโรส เนื่องจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ อนุภาคบางส่วนดูเหมือนจะมี "พลังงานเชิงลบ" เมื่อพวกมันหายไปในหลุมดำ ซึ่งทำให้การหมุนของหลุมดำช้าลง เป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ เท่านั้น

“ถ้าคุณอยู่ติดกับอนุภาค คุณจะไม่เห็นอะไรแปลกเกี่ยวกับมัน แต่สำหรับผู้สังเกตการณ์ระยะไกล ดูเหมือนว่าอนุภาคจะมีพลังงานเชิงลบ” Parfrey กล่าวนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่-

“คุณเหลือกรณีประหลาดนี้ที่ถ้ามันตกลงไปในหลุมดำ จะทำให้มวลและการหมุนรอบตัวลดลง”

ผลกระทบดังกล่าวไม่ได้มีส่วนช่วยในการสกัดพลังงานโดยรวมมากนัก Parfrey ตั้งข้อสังเกต แต่เป็นไปได้ว่ามันมีความเชื่อมโยงกับกระแสไฟฟ้าที่บิดตัวของสนามแม่เหล็ก

การจำลองยังขาดองค์ประกอบบางอย่าง เช่น จานสะสมมวลสาร และฟิสิกส์ของการสร้างโพซิตรอน-อิเล็กตรอนยังไม่มีรายละเอียดเท่าที่ควร ทีมงานจะทำงานเพื่อพัฒนาการจำลองที่สมจริงยิ่งขึ้นเพื่อศึกษากระบวนการในรายละเอียดมากขึ้น

“เราหวังว่าจะให้ภาพรวมของปัญหาทั้งหมดที่สอดคล้องกันมากขึ้น”พาร์ฟรีย์กล่าวว่า-

งานวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสารจดหมายทบทวนทางกายภาพและสามารถอ่านฉบับเต็มได้ที่อาร์เอ็กซ์-