جدیدترین مطالب را دنبال کنید

استخراج انرژی از سیاه‌چاله

04:004640
FavoriteLoadingافزودن به علاقمندی

شاید روزی بتوان از سیاه‌چاله‌ها انرژی استخراج کرد. البته هر سیاه‌چاله‌ای نه، بلکه سیاه‌چاله باید چرخان باشد. بلی، در فیزیک روش‌هایی وجود دارد که امکان استخراج انرژی از سیاه‌چاله‌های چرخان را می‌دهد. اما قبل از اینکه درباره این موضوع صحبت کنیم اول توضیح دهیم که منظور از سیاه‌چاله چرخان چیست.

نمایی ساختگی از یک سیاه‌چاله چرخان

وقتی ستاره‌ای به حد رمبش لازم برای سیاه‌چاله شدن می‌رسد، اگر قبل از رمبیدن تکانه زاویه‌ای قابل توجهی داشته باشد، طبق پایستگی تکانه زاویه‌ای پس از تبدیل شدن به سیاه‌چاله نیز به چرخش ادامه می‌دهد ولی با سرعت بیشتر (شعاع سیاه‌چاله بسیار کوچک‌تر از ستاره است). اما می‌‌دانیم که وقتی چیزی به سیاه‌چاله تبدیل شد دیگر هیچ چیز از آن بیرون نمی‌آید (طبق دیدگاه غالب). ولی فیزیکدانان راهی برای استخراج انرژی از سیاه‌چاله چرخان پیشنهاد کرده‌اند.

فرآیند Blandford-Znajek

در سال ۱۹۷۷ ، بلندفورد و نایک راهی برای استفاده از میدان مغناطیسی سیاه‌چاله به منظور استخراج انرژی از آن پیشنهاد کردند.

ایده بر این اساس است که ماده‌ای که حول سیاه‌چاله می‌چرخد احتمالا مغناطیده می‌شود و به افق رویداد نزدیک‌تر می‌شود. در واقع میدان مغناطیسی سیاه‌چاله آن‌قدر بزرگ است که می‌تواند الکترون را وادار به تابش پرتوهای گاما کند. در این حالت، سیاه‌چاله مانند یک سیم رسانای چرخان بسیار عظیم رفتار می‌کند که بر اثر میدان مغناطیسی بسیار بزرگ تولید شده توسط دیسک برافزایشی حول سیاه‌چاله، ولتاژ القائی قابل توجهی بین قطبین سیاه‌چاله و استوای آن پدید می‌آید.  نتیجه یک توان خروجی است که با کند شدن چرخش سیاه‌چاله از بین می‌رود. این انرژی به صورت تابش الکترومغناطیس و جریانی از پوزیترون‌هایی که به سمت قطبین سیاه‌چاله و الکترون‌هایی که به سمت استوا حرکت می‌کنند نمایان می‌شود.

برای یک سیاه‌چاله به جرم ۱۰۰ میلیون برابر خورشید و میدانی با شدت ۱ تسلا ، توان تولید شده توسط این فرآیند در حدود ۱۰۳۸  وات است. این عدد را مقایسه کنید با کل انرژی مصرف شده در جهان طی یک سال که برابر ۱۰۲۰  ژول است. در واقع سیاه‌چاله ظرف یک ثانیه می‌تواند بیش از انرژی مصرفی در جهان طی یک سال را به ما بدهد.

البته استخراج این انرژی تا زمانی است که تکانه زاویه‌ای سیاه‌چاله به اندازه کافی باشد چرا که با گرفتن انرژی از سیاه‌چاله از سرعت چرخش آن نیز کاسته می‌شود و انرژی به پایان می‌رسد.

فرآیند پنروز

اما راجر پنروز در ۱۹۷۱ روش دیگری برای گرفتن انرژی از سیاه‌چاله‌های نوع کر (سیاه‌چاله چرخان) پیشنهاد کرد. سیاه‌چاله‌های چرخان دارای دو افق رویداد داخلی و خارجی هستند. ناحیه‌ای بین این دو افق رویداد وجود دارد که به آن ارگوسفر (ergosphere) می‌گویند. اگر جسمی در ناحیه ارگوسفر قرار بگیرد می‌تواند از سیاه‌چاله بگریزد اما اگر مرز افق رویداد داخلی نزدیکتر شود دیگر خارج نخواهد شد.  اجرامی  که در ناحیه ارگوسفر قرار بگیرند همراه با چارچوب فضا-زمان حول سیاه‌چاله کشیده شده و می‌چرخند. پنروز پیشنهاد کرد که ماده‌ای در ارگوسفر قرار دهیم که به طریقی به دو بخش تقسیم شود، مثلا یک موشک یا بمب که در آن‌جا بر اثر انفجار به دو پاره تقسیم شود. می‌توان این را طوری تنظیم کرد که یک بخش از ماده به سمت افق خارجی حرکت کرده و از سیاه‌چاله به بی‌نهایت بگریزد و بخش دیگر به سمت افق داخلی رفته و به درون تکینگی سقوط کند. بخشی که از سیاه‌چاله خارج می‌شود دارای انرژی بیشتری است و بخشی که به درون افق رویداد سقوط می‌کند داری انرژی منفی است. اگرچه تکانه پایسته است اما قطعه‌ای که به بیرون فرار می‌کند از سیاه‌چاله انرژی کسب کرده و دارای انرژی بیشتری است. این فرآیند باعث کمی کاهش در تکانه زاویه‌ای سیاه‌چاله می‌شود که معادل استخراج انرژی از آن است. البته پنروز خود اذعان کرده است که این فرآیند کم بازده است. چاندراسخار در ۱۹۸۳ حساب کرد که بازدهی این فرآیند حدود ۲۰ درصد است.

البته با فناوری امروز، این ایده‌ها بیشتر شبیه به فیلم‌های علمی-تخیلی هستند و به نظر عملی نمی‌رسند.  اما ممکن است با پیشرفت فناوری روزی بشر بتواند به سیاه‌چاله‌ای نزدیک و به طریقی به استخراج انرژی از آن بپردازد.

0 0 vote
Article Rating
لینک کوتاه
https://sciencetoday.ir/?p=5108

78 نوشته
حسین دارای دکترای فیزیک در گرایش کیهان‌شناسی است و علاقمند به گسترش دانش و آگاهی در جامعه است.
مشترک شوید
آگاه شوید
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
کانال علم روز