الثقوب السوداء المجرية هي الميتوكوندريا الكونية، مراكز القوى في الكون. معظم الطاقة التي تنتجها هذه الثقوب السوداء الهائلة تأتي من خلال المواد المحيطة بها. تتفاعل البلازما شديدة الحرارة لأقراصها التراكمية مع مجالات مغناطيسية هائلة. ولكن هناك طريقة أكثر مباشرة لاستخراج الطاقة من الثقب الأسود. تُعرف هذه العملية باسم عملية بنروز، وتتساءل دراسة جديدة عما إذا كان بإمكاننا اكتشاف توقيع لهذه العملية.
هذه الآلية التي اقترحها روجر بنروز لأول مرة في عام 1969، تصف كيف يمكنك استخراج الطاقة مباشرة من ثقب أسود دوار، وبالتالي تقليل كتلته الإجمالية. وهذا يختلف عن الآلية المعتادة حيث تولد الثقوب السوداء الطاقة كمنتج ثانوي لاستهلاك المادة وزيادة الكتلة. وهو يعتمد على خاصية الثقوب السوداء الدوارة المعروفة باسم الإرغوسفير.
رسم تخطيطي لكيفية استخراج الجسيمات المتحللة للطاقة من الثقب الأسود. الائتمان: سيرمينو، وآخرون.
أثناء دوران الثقب الأسود، فإنه يسحب الفضاء من حوله. يكون تأثير سحب الإطار هذا أقوى بكثير بالقرب من الثقب الأسود. إن الإرغوسفير هي منطقة حول الثقب الأسود حيث يكون سحب الإطار قويًا جدًا بحيث لا يمكنك مواجهته. حتى لو كان لديك سفينة فضائية قادرة على الاقتراب من سرعة الضوء، فلن تتمكن من التغلب على الإطار الدوار. سوف تدور حول الثقب الأسود مهما حدث. ولهذا السبب، فإن التأثيرات النسبية المؤقتة تصبح سيئة بعض الشيء.
لذا لنفترض أنك قمت بتحميل سفينة فضائية بخردة عديمة الفائدة ودخلت الغلاف الجوي للثقب الأسود. عندما تضطر إلى الدوران حول الثقب الأسود، فإنك تتخلص من القمامة، والتي محكوم عليها أن تتجه إلى داخل الثقب الأسود. ولكن بسبب الحفاظ على الطاقة، يمكنك الحصول على دفعة إضافية من السرعة. لذا يمكنك الهروب من قبضة الثقب الأسود بطاقة أكبر مما بدأت به. ويمتص الثقب الأسود بدوره الطاقة “السلبية” من القمامة ويفقد كتلته. هذه النسخة البسيطة ليست فعالة بشكل خاص، ولكن الاختلافات التي تتضمن التفاعل مع المجالات المغناطيسية يمكن أن تكون فعالة للغاية. من الناحية النظرية، يمكن للنوع الصحيح من الجسيمات المشحونة أن يكتسب دفعة طاقة هائلة.
وهذا هو محور العمل الجديد على arXiv. بدلًا من سفينة فضاء افتراضية، فكر الباحثون في وجود نيوترون داخل الغلاف الجوي لـ Sag A*، وهو الثقب الأسود الموجود في مركز درب التبانة. لا تحتوي النيوترونات على شحنة كهربائية صافية، ولكنها يمكن أن تتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو. يخدم هذا الاضمحلال نفس الغرض مثل إلقاء النفايات الفضائية. يتخلص النيوترون من الإلكترون ليعطي البروتون دفعة من الطاقة. نظرًا لأن البروتون والإلكترون مشحونان كهربائيًا، فإنهما يتفاعلان مع المجال المغناطيسي في الإرغوسفير، وبالتالي يتم استخدام عملية بنروز المغناطيسية (MPP).
واستنادًا إلى تقديرات معقولة لمسار النيوترون إلى الإرغوسفير، يقدر الفريق أن MPP يمكنه توليد بروتونات بطاقة في نطاق PeV. هذا بيتا إلكترون فولت، وهو أقوى بألف مرة من البروتونات الأكثر نشاطًا في مصادم الهادرونات الكبير. ستهرب هذه البروتونات من الغلاف الجوي بسرعة قريبة من سرعة الضوء وتصطدم بجزيئات الغاز المحيطة بالثقب الأسود. وهذا من شأنه أن ينتج أشعة جاما مكثفة ذات بصمة طيفية محددة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن اضمحلال النيوترونات ينتج أيضًا نيوترونًا، فيجب على MPP أن يولد نيوترينوات عالية الطاقة أيضًا. وهذا يعني أن علماء الفلك يمكنهم مراقبة إشارة متعددة المرسلات من الضوء والنيوترينوات من هذه العملية.
ولسوء الحظ، فإن إشارات أشعة جاما والنيوترينو باهتة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها باستخدام التكنولوجيا الحالية. لكن الإصدارات المحدثة من مرصد شيرينكوف للمياه عالية الارتفاع (HAWC) والنسخة الجديدة من مرصد آيس كيوب نيوترينو في القارة القطبية الجنوبية يجب أن تكتشفها. وهذا يعني أننا قد نكتشف في المستقبل القريب دليلاً على عملية بنروز ودليلًا على أن الثقوب السوداء يمكن أن تفقد كتلتها بعد كل شيء.
مرجع: سيرمينيو، مارينا، وآخرون. “Sgr A * باعتباره PeVatron المجرة: توقيعات المراسلات المتعددة لعملية بنروز المغناطيسية.” طبعة arXiv المسبقة أرخايف:2609.04051 (2026).
مرجع: بنروز، روجر، وروبرت م. فلويد. “استخلاص الطاقة الدورانية من الثقب الأسود.” العلوم الفيزيائية الطبيعية 229.6 (1971): 177-179.
