Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory odkryli, w jaki sposób można wydobyć energię z obracającej się czarnej dziury w celu przyspieszenia cząstek do prędkości bliskich światłu. Wyniki symulacji pokazały, że czarna dziura wytwarza „ujemną energię” w procesie Penrose'a, który przyspiesza ciało w pobliżu horyzontu zdarzeń. Jest to zgłaszane przez Science Alert.
Wiadomo, że czarne dziury, które mają dysk akrecyjny, generują dżety (dżety) relatywistycznej plazmy uciekającej z biegunów. Ponieważ czarna dziura jest bardzo atrakcyjna, naukowcy opracowali kilka hipotez dotyczących tego, skąd pochodzi energia, co pozwala dżetom na opuszczenie pola grawitacyjnego. Uważa się, że obracająca się czarna dziura ma specjalny obszar czasoprzestrzeni - ergosferę, która znajduje się między horyzontem zdarzeń a granicą statyczną, czyli granicą, poniżej której ciało nie może już spoczywać i porusza się w kierunku rotacji czarnej dziury.
W ergosferze zachodzą procesy, które pozwalają ciału wydobyć energię obrotową czarnej dziury, aby uzyskać wystarczające przyspieszenie. Zgodnie z procesem Penrose'a ciało może podzielić się na dwie części, z których jedna musi znaleźć się poza horyzontem zdarzeń. Jeśli dwa fragmenty mają określoną prędkość, specjalną pozycję względem siebie i lecą po prawidłowych trajektoriach, to upadek jednego fragmentu przenosi energię na drugą, która jest większa niż energia pierwotnie posiadana przez ciało. Zewnętrznemu obserwatorowi wygląda to tak, jakby ciało zostało podzielone na część z dodatnią energią i część z „ujemną energią”, która spadając poniżej horyzontu zmniejsza moment pędu czarnej dziury. W rezultacie pierwszy fragment wylatuje z ergosfery, „odbierając” energię rotacji czarnej dziury.
Inny mechanizm, zwany procesem Blanforda-Znaeka, jest zapewniany przez pole magnetyczne, które tworzy dysk akrecyjny. Wymaga również ergosfery, w której występuje pole elektryczne i różnica potencjałów między równikiem a biegunami czarnej dziury. Innymi słowy, czarna dziura przypomina nieco generator jednobiegunowy, ale proces ten wymaga obecności kaskad par elektron-pozyton.
Wyniki symulacji wykazały, że oba te procesy zachodzą w ergosferze czarnej dziury. Naukowcy zasymulowali zachowanie plazmy, w której zderzenia cząstek nie odgrywają szczególnej roli, w obecności silnego pola grawitacyjnego generowanego przez czarną dziurę. W rezultacie w układzie zaczęły pojawiać się elektrony i pozytony, które przyczyniły się do wytworzenia energii w polu elektromagnetycznym, emitowanej w postaci dżetów. Tymczasem niektóre cząstki najwyraźniej spowolniły rotację czarnej dziury, spadając poza horyzont zdarzeń, czyli miały „energię ujemną”, zgodnie z procesem Penrose'a. Jednak ułamek odzyskanej w ten sposób energii był bardzo mały.