从 Kerr 黑洞提取能量的修正上限

我们提出了通过能层内的粒子碰撞（即“碰撞 Penrose 过程”）从 Kerr 黑洞提取能量的新上限。此前关于该主题的工作主要集中于具有临界角动量值的粒子从无穷远落入极端 Kerr 黑洞并在视界外附近发生碰撞。虽然这些碰撞能够达到任意高的质心能量，但反应产物很难逃逸回无穷远，从而有效地将此类过程的峰值效率限制在约 $130\%$。当我们允许其中一个初始粒子的撞击参数 $b > 2M$，从而不被视界捕获时，它能够沿出射轨迹发生碰撞，极大地增加了产物逃逸的机会。对于湮灭为光子的等质量粒子，我们发现峰值能量大幅增加至 $E_{\rm out} \approx 6\times E_{\rm in}$。对于 Compton 散射，效率可以更高，达到 $E_{\rm out} \approx 14\times E_{\rm in}$；而对于重复散射事件，光子既可以产生又能以 Planck 尺度能量逃逸至无穷远。