Limite des trous noirs dans les environs (et II)

1993/05/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Bien sûr, la structure des trous noirs qui tournent (trous noirs de Ker) est plus complexe que celle de ceux qui n'ont pas de tours, de sorte que les phénomènes qui peuvent se produire autour de la frontière sont aussi plus singuliers. A cette occasion, nous présentons une curieuse idée basée sur cette structure particulière, une conjecture qui nous introduit presque dans le domaine de la science-fiction: le processus de soustraction de l'énergie au trou noir.

Nous commençons, cependant, en clarifiant la structure des trous noirs de Ker et en expliquant plus tard ce processus. La figure 1 nous aidera dans ce travail. Comme on peut le voir, dans le cas du trou noir tournant, on ne trouve pas le point singulier de densité infinie au centre des trous noirs statiques (trous noirs de Scharzschill). La singularité est maintenant un anneau situé sur le plan équatorial. Cet anneau, en outre, n'est pas la destination inévitable de la matière qui tombe dans le trou noir. Il est possible de marcher dans le trou noir sans tomber à la singularité, en saillie hors du plan dans lequel il se trouve ou en passant par l'anneau.

Quant à la limite du trou noir, ce que nous faisions dans le cas du trou noir statique avec une seule limite appelée «horizon des événements», nous allons maintenant l'expliquer à travers trois surfaces. La surface que nous avons dessinée dans la figure 1 avec le nom de “horizon extérieur” est la vraie limite du trou noir tournant, c'est-à-dire si nous y tombons, on ne peut pas sortir. L'horizon intérieur est la limite de tout signal émis par la singularité de l'anneau, car sa propagation extérieure n'est pas possible. Quelle est donc la particularité de la limite statique? Dans le trou noir de Schwarzschill, la limite des événements n'était pas seulement la limite du trou noir, mais aussi la limite que le temps exposé dans le numéro précédent était "gelé".

Dans le trou noir de Ker ce dernier phénomène se produit dans la limite statique. Comme nous le verrons plus loin, cette distinction entre l'horizon extérieur et la limite statique est celle qui nous permet de voler de l'énergie au trou noir. L'espace entre les deux surfaces mentionnées est appelé ergosphère. Mais pour comprendre comment l'extraction d'énergie peut être faite, nous devons faire quelques observations sur la dynamique des trous noirs.

Comme on le sait, trois données suffisent pour décrire complètement le trou noir : masse, moment angulaire et charge. A chacune de ces grandeurs correspond un type d'énergie: la première, celle correspondant à la masse inerte, la seconde, l'énergie de rotation correspondant au moment angulaire et enfin, l'énergie électrique correspondant à la charge. D'autre part, l'état dynamique du trou noir peut être exprimé par deux paramètres : la surface du trou noir (la surface de l'horizon des événements) et la gravité superficielle, c'est-à-dire la valeur de l'accélération de la gravité sur l'horizon des événements. Si le trou noir subit toute variation, par exemple par ingestion de plus de matière, sa nouvelle masse et son moment angulaire peuvent être calculés en fonction des deux grandeurs citées.

Concrètement, la surface du trou noir est étroitement liée à sa masse. Toute transformation, ne pouvant extraire la matière du trou noir, ne peut jamais réduire la surface du trou noir. Par conséquent, l'énergie associée à la masse ne peut pas sortir du trou noir en aucun cas, mais D. Christodolou a montré que les deux autres types d'énergie sont amovibles. De ce point de vue, du trou de Schwarzshild, c'est-à-dire sans rotation ni charge, on ne peut extraire aucune énergie, mais du trou noir tournant ou chargé. Des théories de processus ont été inventées pour tirer les deux types d'énergie. A cette occasion, R. Nous expliquerons ce qui a été conçu par Penrose.

Fondamentalement, le processus est celui montré dans la figure 2. Pensons que nous avons lancé une fusée vers le trou noir et quand il entre dans l'ergosphère est divisé en deux. Si l'un des fragments s'effondre dans le trou noir en suivant une orbite rétrograde, une orbite contre la direction de rotation du trou noir, en entrant dans le trou noir son moment angulaire diminue. L'autre partie peut revenir de l'ergosphère, avec plus d'énergie que la fusée initiale.

C. Mizner, K. Thorne et J. Wheeler pourrait obtenir R. Ils ont proposé une voie d'exploitation de l'idée de Penrose. Les lignes maîtresses de ce chemin sont illustrées dans la figure 3. La plate-forme que vous pouvez voir en elle est assez loin du trou noir afin qu'il ne soit pas affecté par les forces marées. On considère qu'il existe sur la plate-forme un polygone industriel avec la largeur désirée. Toutes les ordures et les déchets générés seraient collectés dans des conteneurs et jetés dans le trou noir à partir d'un endroit approprié.

Une fois que le conteneur pénètre dans l'ergosphère, il s'ouvrirait et les déchets seraient déposés dans l'une des orbites rétrogrades mentionnées ci-dessus, puis sortirait de l'ergosphère, se récupérant dans un «port» approprié de la plate-forme. Un générateur affecté par l'énergie cinétique des conteneurs conduirait à un fort approvisionnement du polygone. Par conséquent, toutes les ordures seraient détruites sans aucun effet préjudiciable et en retour leur équivalent énergétique et une autre quantité volée au trou noir serait collectée. La proposition est insoutenable.

ÉPHÉMÉRIDES SOLEIL: le 21 mai entre en Gémeaux 1h 1min (UT). LUNE: PLEINE LUNE QUATRIÈME MENGUANTE NOUVELLE LUNE QUART CROISSANT jour (UT) 63 h 34 min 1312 h 20 min 2114 h 6 min 2818h 21min PLANÈTES MERCURE: ce mois-ci est très difficile à voir car le 16ème jour est en conjonction supérieure. VÉNUS: Nous pouvons la voir le matin dans de meilleures conditions, mais nous avons encore peu de temps avant de commencer à couvrir les lumières de l'aube. MARTITZ: est visible dans le ciel dès que l’on s’assombrit. Il disparaît dans les environs de 1h 30min (UT) au début du mois et à la fin du mois pour 0h (UT). JUPITER: nous pouvons le voir à travers le ciel toute la nuit. Cependant, pour la fin du mois commence à se cacher avant l'aube. SATURNE: sort dans la seconde moitié de la nuit. Initialement vers 3h (UT), mais avant 1h (UT) pour la fin.