碰撞彭罗斯过程

在1963年发现克尔度规后不久，人们意识到在黑洞事件视界之外存在一个区域，其中任何类时观测者都无法保持静止。1969年，罗杰·彭罗斯指出，正如无穷远观测者所测量的那样，该能层区域内的粒子可具有负能量。当这些负能量粒子被视界俘获时，本质上是从黑洞中提取质量和角动量。虽然单个粒子在能层内的衰变并非特别高效的能量提取方式，但在极端黑洞自旋极限下，多个粒子的“碰撞”可达到任意高的质心能量。由此产生的粒子能够以高效率逃逸，有望作为高能粒子物理以及广义相对论的探测手段。本文简要回顾该领域的历史，并重点介绍碰撞彭罗斯过程的一个具体天体物理应用：增强超大质量黑洞附近暗物质粒子湮灭的潜力。