Имитация извлечения кинетической энергии из черной дыры Керра-Ньюмана

Измайлов Г.Н.; Озолин В.В.; Izmailov G.N.; Ozolin V.V.

doi:10.17238/issn2226-8812.2023.3-4.133-146

Имитация извлечения кинетической энергии из черной дыры Керра-Ньюмана

Автор: Измайлов Г.Н., Озолин В.В.

Журнал: Пространство, время и фундаментальные взаимодействия @stfi

Рубрика: Гравитация, космология и фундаментальные поля

Статья в выпуске: 3-4 (44-45), 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассматриваются некоторых теоретические и экспериментальные методы исследования преобразования кинетической энергии черной дыры в энергию релятивистских струй ионизованного газа, генерируемых заряженной вращающейся черной дырой после поглощения ею звездного вещества. Показан аналог эффекта увлечения системы отсчета при ее поступательном движении, который связан с явлением гравитомагнетизма при вращении массы. Сопоставлены уравнения Максвелла для электромагнитного поля и уравнения гравитационного поля, создаваемого не только поступательным движением массы, но и ее вращением. Показана экспериментальная достоверность эффекта Лензе - Тирринга в случае медленных вращений. Обращено внимание на эффекты влияния быстрых вращений массивных объектов (черных дыр) на движение пробных частиц. Представлены различные механизмы преобразования, в которых эффективность преобразования высока, и отсутствуют побочные отходы. Указана аналогия энергетики преобразования потенциальной энергии водяной струи в кинетическую энергию вращения гидротурбины энергетике исследуемых космических процессов. Отмечена как теоретическая, так и практическая значимость исследований.

Еще

Гравитомагнетизм, черная дыра, метрика керра-ньюмана, релятивистские струи, плазма, эффективность трансформации энергии

Короткий адрес: https://sciup.org/142240751

IDR: 142240751 | УДК: 524.8, | DOI: 10.17238/issn2226-8812.2023.3-4.133-146

Simulation of kinetic energy extraction from a Kerr - Newman black hole

This synopsis presents theoretical and experimental methods for studying the conversion of the kinetic energy of black holes into the energy of relativistic jets of ionized gas developing after the absorption of stellar matter by a rotating black hole. An analogue between the drag effect of the reference system during its translational motion and the phenomenon of gravitomagnetism during mass rotation is shown. Maxwell’s equations for the electromagnetic field are compared with the equations for the gravitational field created not only by the translational motion of the mass, but also by its rotation. It is pointed out the Lense-Thirring effect experimental reliability in the case of slow rotations. Attention is drawn to the effects of rapid rotations of massive objects (black holes) on the motion of test particles. The high efficiency and lack of side waste for such transformation is noted. Various transformation mechanisms are discussed. An analogy is indicated between extracting the kinetic energy of a rotating black hole and converting it into the energy of a relativistic jet and converting the potential energy of a water jet into the kinetic energy of rotation of a hydraulic turbine (Francis turbine). The presented innovative methods are under development.

Еще

Список литературы Имитация извлечения кинетической энергии из черной дыры Керра-Ньюмана

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. М.: Изд. Мир. Редакция литературы по физике. Т. 3. С. 218. 510 с.; 1977. Misner C.W., Thorne K.S. and Wheeler J.A., Gravitation. San Francisco: W. H. Freeman and Co.; 1973.
Фейнман Р.Ф., Мориниго Ф.Б., Вагнер У.Г. Фейнмановские лекции по гравитации. под ред. Б. Хатфилда. Введение Дж. Прескилла и К.С. Торна, пер. с англ. А.Ф. Захарова М.: Янус-К; 2000. ISBN 5-8037-0049-5; Feynman R.P., F.B. Morinigo, W.G.Wagner, B. Hatfield (ed.) with foreword by J. Preskill and K.S. Thorne. Feynman Lectures on Gravitation. AddisonWesley Publishing Company. Advanced Book Program.
B.Schutz. Gravity from the Ground Up: An Introductory Guide to Gravity and General Relativity (Reprint ed.). Cambridge: Cambridge University Press; 2004. ISBN 0-521-45506-5.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. т.4 Электродинамика. М.: Изд. АСТ; 2022. ISBN 9785171130121; Feynman R.P., Leighton R.B., Sands M.L. The Feynman Lectures on Physics. Addison-Wesley revised and extended edition in 2005. ISBN 978-0-465-02529-9.
Iorio, L. A comment on "A test of general relativity using the LARES and LAGEOS satellites and a GRACE Earth gravity model. Measurement of Earth’s dragging of inertial frames,"by I. Ciufolini et al. The European Physical Journal C. 2017; 77 (2): p.73. arXiv:1701.06474. Bibcode:2017EPJC...77...73I. doi:10.1140/epjc/s10052-017-4607-1. S2CID 118945777
Everitt, C.W.T. et al. Gravity Probe B: Final Results of a Space Experiment to Test General Relativity. Physical Review Letters. 2011; 106 (22): p. 221101. arXiv:1105.3456. Bibcode:2011PhRvL.106v1101E. doi:10.1103/PhysRevLett.106.221101. PMID 21702590. S2CID 11878715.
Cartlidge, E. Underground ring lasers will put general relativity to the test. Physicsworld.com. Institute of Physics. 2016; Retrieved 2 July 2017.
O’Shaughnessy R., Gerosa D., and Wysocki D. Inferences about Supernova Physics from Gravitational-Wave Measurements: GW151226 Spin Misalignment as an Indicator of Strong Black- Hole Natal Kicks. Phys Rev Lett. 2017;119: p. 011101.
First M87 Event Horizon Telescope results. The Astrophysical Journal Letters. 2019; 875 (1).
Black Hole Unmasked: Astronomers Capture First Image of Accretion Ring and Relativistic Jet. SciTechDaily. 2023; CAS.
Penrose R. and Floyd R. M., Extraction of Rotational Energy from a Black Hole. Nature Physical Science. 1971; 229: p.177-185.
Begelman M. C., Blandford R. D. and Rees M. J., Theory of extragalactic radio sources. Rev. Mod. Phys. 1984; 56: p. 255-68. doi:https://doi.org/10.1103/RevModPhys.56.255.
R.K. Williams. Collimated escaping vortical polar e?e+ jets intrinsically produced by rotating black holes and Penrose processes. The Astrophysical Journal. 2004; 611 (2): p. 952-963. arXiv:astroph/0404135. Bibcode:2004ApJ...611..952W. doi:10.1086/422304. S2CID 1350543.
Bardeen J. M. and Petterson J. A., The Lense-Thirring Effect and Accretion Disks around Kerr Black Holes. Astrophys. J. Letter. 1975;195: p. 65-77. doi: 10.1086/181711.
Бобошина C.Б., Измайлов Г.Н.. Физические основы механики с приложениями к аэрокосмическим задачам.- М.: ЛЕЛАНД, 2020, 202 с. ISBN 978-5-97106740-5. Boboshina S.B., G.N. Izma¨ılov. Fizicheskie osnovy mechaniki s prilozheniyami k aerokosmicheskim zadacham. Moscow: URSS; 2019. (in RUSSIAN).
Hartle, J.D. Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity. San Francisco: Addison Wesley; 2003. 582 p. ISBN 0-8053-8662-9.
Comisso L. and Asenjo F. A.. Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes. Phys. Rev. D. 2002; 103: 023014.
Прист Э., Форбс Т. Магнитное пересоединение. Магнитогидродинамическая теория и приложения. М: ФИЗМАТЛИТ; 2005. - 592 с. ISBN 5-9221-0502-74; Priest E., Terry Forbes. Magnetic Reconnection. MHD Theory and Applications. Cambridge: Cambridge University Press; 2000. ISBN0-521-48179-1.
Liu, T. Massive black holes flaring up time and again. Nat Astron. 2021; 5: S.438-439. https://doi.org/10.1038/s41550-021-01366-4.
Miniutti, G., Saxton, R.D., Giustini, M. et al. Nine-hour X-ray quasi-periodic eruptions from a low-mass black hole galactic nucleus. Nature. 2019; 573: S. 381-384. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1556-x.
Hertog Th. On the Origin of Time: Stephen Hawking’s Final Theory. Bantam, ISBN-13:978-0593128442.
Shatskii, A.A. Unipolar induction of a magnetized accretion disk around a black hole. Astron. Lett. 2003; 29: S. 153-157. https://doi.org/10.1134/1.1558153/
https://en.wikipedia.org/wiki/Francis-turbine/
https://testbook.com/mechanical-engineering/francis-turbine/ .
Abramowicz M. A. and Fragile P. Chris. Foundations of Black Hole Accretion Disk Theory. Living Rev. Relativity. 2013: 16. http://www.livingreviews.org/lrr-2013-1.
Головашкин А.И., Жерихина Л.Н., Цховребов А.М., Измайлов Г.Н., Озолин В.В. Обычные СКВИД-интерферометры и интерферометры на волнах материи в сверхтекучем гелии: роль квантовых флуктуаций. ЖЭТФ. 2010: 138. вып. 2(8). С.373-380. Golovashkin A.I., Zherikhina L.N., Tskhovrebov A.M., Izma¨ılov G.N., Ozolin V.V. Obychnye SKVID-interferometry i interferometry na volnakh materii v sverkh tekuchem helii: rol’kvantovykh fluktuatsii, JETPh. 2010:138. iss. 2(8). S.373-380.
Izmailov G.N. To the possibility of using clocks in gravitational antenna network. J. Phys.: Conf. Series. 2019. 1348 Р.012005 doi:10.1088/1742-6596/1348/1/012005.
Жерихина Л.Н., Измайлов Г.Н., Озолин В.В.Возможности использования эффектов ОТО в космической навигации. Альманах современной метрологии. 2020: No 4 (24). С.24-35. Zherikhina L.N., Izma¨ılov G.N., Ozolin V.V. Vozmozhnosti ispolzovaniya effectov OTO v kosmicheckoi navigatsii. Almanakh sovremennoi metrologii. 2020: №4 (24). S. 24-35.
Vernet M. et al, Angular Momentum Transport by Keplerian Turbulence in Liquid Metals. Physical Review Letters. 2022. doi: 10.1103/PhysRevLett.129.074501.
Valenzuela-Villaseca V. et al, Characterization of Quasi-Keplerian, Differentially Rotating, Free-Boundary Laboratory Plasmas. Physical Review Letters. 2023; 130: S. 195101. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.195101.

Еще