El proceso de Penrose

El Proceso de Penrose, propuesto por Roger Penrose en 1969, es una forma de extraer energía de un agujero negro en rotación. Muestra que un agujero negro no es simplemente una trampa unidireccional: uno que gira almacena una enorme energía rotacional y, en las condiciones adecuadas, parte de esa energía puede extraerse y transportarse.

La ergosfera: donde el propio espacio es arrastrado

Una rotación Agujero negro de Kerr tuerce el espacio-tiempo a su alrededor, un fenómeno llamado arrastre de cuadros. Justo fuera del horizonte de sucesos se encuentra una región llamada ergosfera, donde este arrastre es tan severo que nada puede permanecer quieto: todo, incluso la luz, se ve obligado a girar junto con el agujero negro. Fundamentalmente, la ergosfera se encuentra fuera del horizonte, por lo que los objetos aún pueden entrar en ella y escapar nuevamente.

Dividir un objeto para robar energía

La idea de Penrose funciona así. Envía un objeto a la ergosfera y divídelo en dos. Organice la división de modo que un fragmento caiga en el agujero negro en una trayectoria con negativo energía (posible sólo dentro de la ergosfera, debido al arrastre del marco), mientras que el otro fragmento escapa. Por conservación de energía, el fragmento que se escapa se lleva más energía que la que trajo el objeto original. El déficit lo paga el agujero negro, que pierde una pequeña cantidad de masa y ralentiza su giro. De hecho, ha convertido parte de la energía rotacional del agujero negro en energía cinética utilizable.

La recompensa teórica es grande: hasta aproximadamente el 29% de la masa-energía total de un agujero negro que gira al máximo se almacena como energía rotacional extraíble. Los mecanismos relacionados amplían la idea — superluminosidad amplifica las ondas que se dispersan desde un agujero negro giratorio, y el Proceso Blandford-Znajek aprovecha la energía rotacional a través de campos magnéticos, que se cree ampliamente que alimentan los chorros relativistas lanzados desde galaxias y quásares activos.

Por qué es importante

El proceso de Penrose convirtió los agujeros negros de objetos puramente destructivos en potenciales plantas de energía cósmica. También ayudó a establecer la termodinámica de los agujeros negros: el hecho de que sólo se pueda extraer energía reduciendo el giro (nunca el área del horizonte) fue una de las primeras pistas de que el área del horizonte de un agujero negro se comporta como entropía, una conexión en el corazón del Paradoja de la información del agujero negro.

Un error común

La energía no proviene del "interior" del agujero negro más allá del horizonte, y nada escapa del horizonte mismo. La energía extraída es la del agujero negro rotacional energía, recolectada de la ergosfera fuera del horizonte. Una vez que el agujero negro deja de girar, el proceso de Penrose no puede extraer nada más.

Números clave: ¿cuánta energía?

La energía rotacional extraíble de un agujero negro está determinada por la velocidad a la que gira. Por un al máximo Agujero negro giratorio (extremo), la energía de rotación es

E_podredumbre = (1 − 1/√2) Mc² ≈ 0,29 Mc²

Entonces hasta aproximadamente 29% En principio, se puede aprovechar toda la masa-energía del agujero negro, una eficiencia que eclipsa a la fusión nuclear, que convierte menos del 1% de la masa en energía. A medida que se elimina energía, el giro se ralentiza y el área del horizonte crece; una vez que el agujero deja de girar, su energía queda bloqueada y el proceso de Penrose no produce nada más. Este techo es el motivo por el que los astrofísicos creen que la energía rotacional, extraída magnéticamente por el mecanismo relacionado de Blandford-Znajek, puede impulsar los enormes chorros que se ven disparados desde galaxias activas durante millones de años.