مشاهدهی انرژی منفی در اطراف سیاهچالهها
اخترشاسان منبع تغذیهی سیاهچالهها را یافتند
مجله علمی ایلیاد - وقتی سیاهچالهای فعال از اجرام پیرامون تغذیه میکند، میتوان چیز عجیبی را مشاهده کرد؛ جتهای فوقالعاده قدرتمند از پلاسما که از قطبهای آن به بیرون پرتاب میشوند و سرعتشان تقریباً به سرعت نور نزدیک است. با توجه به برهمکنشهای شدیدی که در کار است، نحوهی دقیق شکلگیری آن جتها هنوز در هالهای از ابهام قرار دارد. اما حالا گروهی از فیزیکدانان با بهرهگیری از شبیهسازیهای کامپیوتری در صدد یافتن پاسخی برای معمای فوق هستند. ذراتی که ظاهراً دارای انرژی منفی هستند، از سیاهچاله انرژی استخراج کرده و آنرا مجدداً به سمت جتها هدایت میکنند.
این نظریه برای نخستینبار باعث اتحاد دو نظریهی متفاوت دربارهی چگونگی استخراج انرژی از یک سیاهچاله شده است. نظریهی اول، فرآیند «بلاندفورد-زانجک» نام دارد که چگونگی بهرهبرداری از میدان مغناطیسی سیاهچاله را بهمنظور استخراج انرژی از چرخش آن توصیف میکند. بر اساس این نظریه، وقتی مواد در درون قرص برافزایشی در نزدیکی افق رویداد حرکت میکنند، به شدت مغناطیسی شده و یک میدان مغناطیسی تولید میکند. در درون این میدان، سیاهچاله بهعنوان یک رساناگر چرخشی عمل میکند و ولتاژ میان قطبها و استوا را تحریک و تولید میکند؛ این ولتاژ در قالب جت از قطبین تخلیه میشود. نظریهی دوم، فرآیند «پنروز» نامیده شده است. این نظریه بر پایهی تبدیل گشتاور استوار است، نَه مغناطیس. انرژی چرخشی سیاهچاله نَه در درون افق رویداد، بلکه در منطقهای خارج از آن بهنام «اِرگوسفر» قرار دارد. این منطقه با افق رویداد در قطبین تماس پیدا میکند. بر طبق فرآیند پنروز، اگر جرمی درون این منطقه از هم فرو بپاشد، یعنی یک قطعه به سمت سیاهچاله و قطعه دیگر به بیرون از سیاهچاله هدایت شود، قطعهای که راه بیرون از سیاهچاله را در پیش گرفته است، انرژی بیشتری بهدست میآورد.
این انرژی از چرخش حاصل میشود. در این شرایط، نوعی انرژی منفی تولید میشود. هر دوی این سناریوها محتمل و قابل تامل هستند، اما تا به امروز نمیدانستیم پاسخ درست کدام است. «کایل پارفریوف» فیزیکدان نظری از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، میگوید: «انرژی موجود در چرخش سیاهچاله چگونه میتواند برای ایجاد جتها استخراج و مورد استفاده قرار بگیرد؟ این سوال برای مدتها بیپاسخ مانده است.» گروه محققان پلاسمایِ بدون برخورد را در حضور میدان گرانشی قدرتمند سیاهچاله شبیهسازی کردند. آنها ایجاد جفت الکترون–پوزیترون در میدانهای الکتریکی را هم مد نظر قرار دادند، چرا که چگالی پلاسما را به شکل واقعگرایانهتری نمایش میداد. در نتیجه این شبیهسازی، فرآیند «بلاندفورد-زانجک» بهوجود آمد. در این فرآیند، الکترونها و پوزیترونها در جهات مخالف در اطراف سیاهچاله حرکت کرده و در میدان الکترومغناطیسی باعث تولید انرژی میشود. اما نوعی فرآیند پنروز هم ایجاد میگردد. به دلیل اثرات نسبی، بهنظر میرسد برخی ذرات وقتی در سیاهچاله ناپدید شدند، دارای انرژی منفی بوده باشند. این عامل سبب کاهش سرعت چرخش سیاهچاله شد؛ اما به میزان خیلی ناچیز.
پارفریوف میگوید: «اگر در نزدیک ذرهای قرار داشته باشید، شاهد هیچ چیز عجیب و غریبی نخواهید بود. اما از دیدگاه ناظری که در فاصلهی دوری قرار دارد، بهنظر میرسد که آن ذره دارای انرژی منفی است. احتمال آن کم است که این تاثیر به استخراج کلی انرژی کمک کرده باشد، اما این احتمال هم وجود دارد که به گونهای با جریانهای الکتریکی که در میدانهای مغناطیسیِ تاثیرگذار ظاهر میشوند، ارتباط داشته باشد. در شبیهسازی ما، جای برخی از مولفهها هنوز خالی است، مثل قرص برافزایشی و فیزیک ایجاد پوزیترون–الکترون به شکل جامعی در این شبیهسازی گنجانده نشده است. ما در تلاش هستیم تا شبیهسازی واقع گرایانهتری انجام دهیم و فرآیندهای مذکور را به شکل جامعتری مطالعه کنیم. میخواهیم به تصویر سازگارتر و بهتری از این فرآیندها دست پیدا کنیم.»
این مقاله علمی در مجلهی Physical Review Letters منتشر شده است.
نوشته: ScienceAlert
ترجمه: منصور نقیلو – مجله علمی ایلیاد