펜로즈법

펜로즈 과정(펜로즈 메커니즘이라고도 함)은 회전하는 ^[1][2]블랙홀에서 에너지를 추출할 수 있는 수단으로 로저 펜로즈 경이 이론화했습니다.이 과정은 에르고스피어 -- 즉, 빛의 속도보다 빠르게 블랙홀 주변의 시공간 영역을 이용하는데, 이는 외부 관찰자의 시점에서 내부에 있는 물질이 블랙홀의 회전 방향으로 이동하도록 강요받는 것을 의미합니다.

이 과정에서 작업체(그림의 검은 굵은 선)가 에르고스피어(회색 영역)에 낙하한다.가장 낮은 지점(빨간 점)에서 몸은 추진제를 후방으로 발사하지만 멀리 있는 관찰자에게는 프레임 드래그(속도는 다르지만)로 인해 두 가지 모두 계속 전진하는 것처럼 보입니다.추진체는 천천히 블랙홀(블랙 디스크)의 사건 지평선까지 떨어집니다(얇은 회색 선).그리고 시체의 잔해는 속도를 높여 여분의 에너지를 가지고 날아간다(얇은 검은 선). 이는 추진체의 손실과 그것을 쏘는 데 사용된 에너지를 상쇄하는 것 이상이다.

원래의(또는 고전적인) 펜로즈 과정을 통해 단일 입자 붕괴에 가능한 최대 에너지 이득은 충전되지 않은 블랙홀의 경우 질량의 20.7%입니다(블랙 ^[3]홀의 최대 회전의 경우).에너지는 블랙홀의 회전으로부터 얻어지기 때문에 펜로즈 과정과 유사한 전략으로 추출할 수 있는 에너지의 양에 제한이 있습니다(충전되지 않은 블랙홀의 경우 원래 ^[4]질량의 29% 이하, 충전된 회전 블랙홀의^[5] 경우 더 큰 효율이 가능합니다).

에르고스피어 상세

외부 관찰자에 따르면 에르고스피어의 바깥쪽 표면은 블랙홀의 회전 방향과 반대 방향으로 움직이는 빛이 고정된 각도 좌표로 남아 있는 표면이다.무거운 입자는 반드시 빛보다 느리게 이동하기 때문에, 무거운 입자는 블랙홀의 회전에 따라 움직일 것입니다.에르고스피어의 안쪽 경계는 사건의 지평선이며, 그 너머로 빛이 빠져나갈 수 없는 공간적 경계선이다.

에르고스피어 안에서는 (외부 관점에서) 정지된 물체의 궤적이 (정상적인 물질이 가질 수 있는) 시간이나 빛 같은 것이 아니라 우주와 같아지기 때문에 빛조차도 블랙홀의 회전을 따라잡을 수 없습니다.수학적으로 메트릭의 d ${\displaystyle {t\mathrm{}}^{}}$2({$displaystyle dt^{2}})$ $구성요소$는 에르고스피어 내에서 부호를 변경합니다.그것은 물질이 블랙홀의 회전에 충분히 빠르게 역행하는 한 에르고스피어 안에 음의 에너지를 가질 수 있게 한다.펜로즈 메커니즘은 에르고스피어로 뛰어들어 음의 에너지가 부여된 물체를 버리고 이전보다 더 많은 에너지를 가지고 되돌아옴으로써 그것을 이용한다.

이렇게 하면 블랙홀에서 회전 에너지가 추출되어 블랙홀이 낮은 회전 속도로 스핀다운된다.블랙홀이 최대 속도로 회전하고 있는 경우 최대 에너지량(물체에 던져진 질량당)이 추출되며, 물체는 단지 사건의 지평선을 스치고 전진 및 후퇴하는 빛의 패킷으로 소멸합니다(첫 번째 물체는 블랙홀을 탈출하고 ^[3]두 번째 물체는 내부에 떨어집니다).

다소 반대되는 과정에서는 블랙홀이 분할되지 않고 대신 전체 각운동량을 블랙홀에 전달함으로써 회전 속도를 높일 수 있다.하지만, 둘 다 블랙홀에 물질을 던짐으로써 블랙홀의 엔트로피를 증가시키기 때문에 펜로즈 과정의 역행은 아니다.

「 」를 참조해 주세요.

• Blandford-Znajek 과정, 퀘이사의 동력 공급 방식에 대한 가장 좋은 설명 중 하나
• 호킹 복사, 양자 효과로 인해 블랙홀에서 방출되는 것으로 추정되는 블랙홀 복사
• 과정을 이용하는 미션을 포함하는 2018년 공상과학 영화 하이라이프
• 천체 물리학자이자 회전하는 블랙홀에서 에너지를 추출하여 퀘이사에 에너지를 공급하는 펜로즈 메커니즘을 성공적으로 개발한 최초의 인물인 Reva Kay Williams.
• 블랙홀 폭탄 – 중심장이 회전하는 블랙홀에 충돌했을 때의 물리적 효과

레퍼런스

추가 정보

• Chandrasekhar, Subrahmanyan (1999). Mathematical Theory of Black Holes. Oxford University Press. ISBN 0-19-850370-9.
• Carroll, Sean (2003). Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relativity. ISBN 0-8053-8732-3.