关于Kerr黑洞中的单次与重复Penrose过程
广义相对论与量子宇宙学
2024-11-11 v4 高能天体物理现象
摘要
从Kerr黑洞（BH）中提取旋转能是相对星际物理学中的关键议题。本文特别关注基于Kerr BH Ergosphere内大质粒子μ₀裂变为两个粒子μ₁与μ₂的Penrose弹射过程。Bardeen等人指出，若要实现此过程，需额外引入“hydrodynamical forces或超强辐射反应”。Wald与Chandrasekhar进一步扩展了这一观点。这种争议促使T. Piran及其合作者将原始Penrose过程的简单三体系统拓展为多体系统。这种多体方法被广泛推广，部分观点存疑。本文返回最简单的原始Penrose过程，证明在施加轨道转折条件后，可实现从BH中提取的旋转能。我们分别计算了位于r=1.2M、r=1.5M和r=1.9M处的三种单次衰变过程的能量提取效率。值得注意的是，Misner、Thorne & Wheeler（以下简称MTW73）提出一种重复模型：即在r=1.2M处进行246次衰变，以及相应的r=1.5M和r=1.9M衰变，理论上可将BH的全部旋转能提取完毕，从而违反能量守恒。附带论文引入非线性方法，考虑BH不可约质量的存在，避免能量守恒违规，提出新型能量提取过程。
引用
@article{arxiv.2405.08229,
title = {On the single versus the repetitive Penrose process in a Kerr black hole},
author = {Remo Ruffini and Mikalai Prakapenia and Hernando Quevedo and Shurui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.08229},
year = {2024}
}
备注
Final version accepted by Physical Review Letters