Laboratorijoje stebėtas juodosios skylės energijos išgavimo efektas be besisukančio objekto

Tyrėjai pirmą kartą laboratorinėmis sąlygomis stebėjo Floquet rotacinės superradiacijos režimą, pademonstruodami seniai teoriškai pagrįstą Penrose'o-Zel'dovičiaus procesą, naudodami erdvėlaikiškai moduliuojamą žiedinį tinklą, o ne besisukančią juodąją skylę. Rezultatai, liepos 8 d. paskelbti žurnale Nature, patvirtina, kad bangos su tinkamomis rotacinėmis savybėmis gali išgauti energiją iš besisukančios sistemos ir sustiprėti.nature+2

Nuo astrofizikinės teorijos iki stalinio eksperimento

Penrose'o procesas, kurį 1969 m. pasiūlė Rogeris Penrose'as, aprašo, kaip energija gali būti išgaunama iš besisukančios juodosios skylės ergosferos. Jakovas Zel'dovičius aštuntojo dešimtmečio pradžioje išplėtė šią idėją, prognozuodamas, kad bet koks besisukantis sugėriklis gali sustiprinti elektromagnetines bangas, nešančias kampinį momentą, su sąlyga, kad objektas sukasi pakankamai greitai. Dešimtmečius šis efektas liko nepasiekiamas eksperimentams.phys+1

Naujasis darbas, kuriam vadovavo Hadiseh Nasari, Hady Moussa iš CUNY Pažangiųjų mokslinių tyrimų centro Fotonikos iniciatyvos ir Andrea Alù, išvengia fiziškai besisukančio objekto poreikio. Vietoj to komanda sukonstravo žiedinį tinklą su erdvėlaikio moduliacija – efektyviai imituodami sukimąsi per kruopščiai suderintus sistemos savybių pokyčius. Šis Floquet metodas leido tyrėjams stebėti elektromagnetinių modų superradiacinį stiprinimą, patvirtinant pagrindinę prognozę, kad besisukanti terpė gali perduoti energiją išsklaidytoms bangoms.nature+1

Ankstesnių proveržių tęsinys

Šis rezultatas pratęsia eksperimentinės pažangos liniją. 2020 m. Marion Cromb ir kolegos iš Glazgo universiteto patvirtino pagrindinį Penrose'o proceso aspektą naudodami susuktas garso bangas ir besisukantį putplasčio diską, savo išvadas paskelbdami žurnale Nature Physics. Anksčiau šiais metais kita komanda pademonstravo elektromagnetinio „juodosios skylės bombos“ nestabilumo efektą naudodama besisukantį metalinį cilindrą su rezonatoriumi, patvirtindama eksponentinį Zel'dovičiaus efekto stiprinimą.iflscience+4

Šiandien pristatytas Floquet metodas skiriasi tuo, kad visiškai eliminuoja mechaninį sukimąsi, pasikliaudamas sintetiniu judesiu, sukurtu per laikui kintančius elektromagnetinius parametrus. Tai atveria naujas galimybes tirti rotacinę superradiaciją kompaktinėse fotoninėse sistemose.

Fizikos ir technologijų pasekmės

Eksperimentas sujungia astrofizikos teoriją ir fotonikos inžineriją. Nors energijos išgavimas iš tikros juodosios skylės vis dar yra toli už dabartinių galimybių ribų, superradiacijos supratimas kontroliuojamomis sąlygomis gali padėti kuriant naujoviškus stiprintuvus ir generatorius. Darbas taip pat suteikia platformą gilesniems klausimams apie bangų ir materijos sąveiką besisukančiose sistemose tirti – klausimams, kuriuos iki šiol buvo galima nagrinėti tik per matematiką ir tolimus astronominius stebėjimus.