1 год назад
Нету коментариев

До сих пор, рассматривая процессы вокруг черной дыры и способы извлечения из нее энергии, мы лишь знали, что эту энергию можно извлечь либо в форме излучения гравитационных волн, либо в виде кинетиче­ской энергии тел, выбрасываемых из эргосферы. Но, оказывается, существуют более удивительные и неожи­данные способы использования черных дыр как генера­торов энергии.

Представим себе, что вращающаяся черная дыра об­лучается электромагнитными волнами. Что при этом бу­дет происходить? На первый взгляд ничего интересного. Часть волн будет гравитационно захватываться черной дырой и навсегда в ней исчезать. Другие волны, прохо­дящие вблизи черной дыры, будут искривлять свои тра­ектории. Изменение направления распространения волн называют рассеянием. Рассеянные электромагнитные волны, уйдя вдаль от черной дыры, будут иметь ту же частоту, какую они имели, когда приближались к ней. Конечно, частота волн при движении вблизи черной ды­ры в сильном гравитационном поле менялась. Когда волны двигались к черной дыре, их энергия увеличива­лась, частота возрастала — волны испытывали фиоле­товое смещение. Затем при удалении от черной дыры волны испытывали красное смещение, и в итоге вдали от черной дыры их частота возвращалась к исходному значению.

Итак, общая картина получается следующей: при об­лучении черной дыры часть электромагнитных волн по­падает в нее, а часть рассеивается с той же частотой, которая была до рассеяния. Из-за того что часть элек­тромагнитных волн навсегда захватывается черной ды­рой, интенсивность рассеянных волн меньше, чем перво­начальная интенсивность облучающего пучка.

Пока все выглядит тривиально. Но возможна, ока­зывается, ситуация, когда интенсивность рассеянных электромагнитных волн будет больше, чем облучающих. Для этого необходимо, чтобы достаточно была мала частота облучающих волн.

Пусть w — частота волн, п — их орбитальный мо­мент, Омега — частота вращения черной дыры. Тогда при выполнении условия

F_003

рассеянные электромагнитные волны будут более ин­тенсивными, чем падающие. Этот процесс усиления по­лучил название суперрадиации. Суперрадиация, по-су­ществу, аналогична ранее рассмотренному нами процес­су увеличения энергии тела, выбрасываемого из эрго­сферы и отнимающего «вращательную» энергию черной дыры (при суперрадиации также отнимается «враща­тельная» энергия черной дыры). Следует отметить, что при облучении вращающейся дыры электромагнитными волнами усиление их не очень велико. Максимально возможное усиление энергии электромагнитной волны составляет всего 4,4%.

Явление суперрадиации проявляется при облучении черной дыры не только электромагнитными волнами, но и другими видами излучений. Так будут усиливаться, например, низкочастотные гравитационные волны, па­дающие на вращающуюся черную дыру. Причем усло­вие возникновения суперрадиации для всех видов излу­чений одно и то же и определяется неравенством (3). Однако коэффициент усиления различный для разных видов излучений. Так, для гравитационных волн он со­ставляет 138%, т. е. гораздо больше, чем для электро­магнитного излучения. Но вернемся к электромагнит­ным волнам.

Окружим вращающуюся черную дыру сферой, отра­жающей электромагнитные волны. Пусть внутри этой сферы имеется хотя бы ничтожное количество электро­магнитных волн, для которых выполнено условие воз­никновения суперрадиации. Эти волны, падая на черную дыру, усиливаются и уходят вдаль от черной дыры. Здесь они встречают отражающую сферу и снова уст­ремляются к черной дыре, где вновь усиливаются. Про­цесс повторяется снова и снова, и энергия усиливающе­гося излучения будет лавинообразно нарастать.

Если в отражающей сфере сделать отверстие, то часть усиливающихся волн будет через него выходить наружу. И тем самым, наша установка станет генера­тором электромагнитного излучения, в котором «вра­щательная» энергия черной дыры непосредственно трансформируется в электромагнитное излучение.

Допустим теперь, что никакого отверстия в отража­ющей сфере нет и вся сфера полностью отражает уси­ливающееся электромагнитное излучение. Тогда процесс роста электромагнитной энергии внутри такой установ­ки будет катастрофически продолжаться, пока давление излучения не разорвет отражающую сферу, т. е. про­изойдет взрыв. Подобная конструкция была названа гравитационной «бомбой».

Отметим, что создание подобных гравитационных конструкций, генерирующих электромагнитную энергию, сейчас совершенно немыслимо, так как мы не способны создавать искусственные черные дыры путем сверхсиль­ного сжатия вещества (об этом мы уже говорили вы­ше).

comments powered by HyperComments