Кіріспе
Ергосфера – айналатын қара тесіктің оқиғалар көкжиегінен тыс орналасқан аймақ. Бұл атауды 1971 жылы Ле-Уш лекцияларында Ремо Руффини мен Джон Арчибальд Уилер ұсынған, себебі теория бойынша осы аймақтан энергия мен массаны алу мүмкін. Ергосфера айналатын қара тесіктің полюстерінде оқиғалар көкжиегіне жанасады және экваторда үлкен радиусқа дейін созылады. Айналу импульсі шағын қара тесіктің ергосферасы жалпақ сфера пішіндес болады, ал жоғары жылдамдықта айналулар көбірек қабақ пішіндес ергосфераны құрайды. Ергосфераның экваторлық (максималды) радиусы – Шварцшильд радиусы, бұл айналмауы мүмкін қара тесіктің радиусы. Полярлық (минималды) радиус та оқиғалар көкжиегінің полярлық (минималды) радиусы болып табылады, ол максималды айналатын қара тесік үшін Шварцшильд радиусының жартысына дейін кем болуы мүмкін.
In astrophysics, the ergosphere is a region located outside a rotating black hole's outer event horizon. Its name was proposed by Remo Ruffini and John Archibald Wheeler during the Les Houches lectures in 1971 and is derived It received this name because it is theoretically possible to extract energy and mass from this region. The ergosphere touches the event horizon at the poles of a rotating black hole and extends to a greater radius at the equator. A black hole with modest angular momentum has an ergosphere with a shape approximated by an oblate spheroid, while faster spins produce a more pumpkin shaped ergosphere. The equatorial (maximal) radius of an ergosphere is the Schwarzschild radius, the radius of a non rotating black hole. The polar (minimal) radius is also the polar (minimal) radius of the event horizon which can be as little as half the Schwarzschild radius for a maximally rotating black hole.
Айналу
Қара тесік айналғанда, ол кеңістік-уақытты айналу бағытында, оқиғалар көкжиегінен қашықтық артқан сайын жылдамдығы төмендейтіндей етіп бұрады. Бұл процесс Лензе–Тирринг эффектісі немесе кадрды сүйреу деп аталады. Осы сүйреу эффектісінің салдарынан, ергосфера ішіндегі объект сыртқы бақылаушыға қатысты қозғалмаса, онда ол жарық жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен (мүмкін емес) жергілікті кеңістік-уақытта қозғалуға тиіс. Мұндай объектінің тұрақты болып көрінуі үшін қажетті жылдамдық оқиғалар көкжиегінен алшақтаған сайын төмендейді, ал белгілі бір қашықтықта қажетті жылдамдық мардымсыз болады. Мұндай барлық нүктелер жиынтығы ергосфера бетін анықтайды, оны ергосфера беті деп атайды. Ергосфераның сыртқы беті статикалық бет немесе статикалық шек деп аталады. Өйткені, әлемдік сызықтар статикалық шектен тыс уақыт тәрізді болса, ішінде кеңістік тәрізді болады. Ергосфера бетін жарық жылдамдығы анықтайды. Мұндай бет айналу осінің полюсінде оқиғалар көкжиегімен беттесетін, бірақ экваторда оқиғалар көкжиегінен үлкен қашықтықта орналасқан, домалақ пішіндес болып көрінеді. Бұл беттен тыс кеңістік те сүйреледі, бірақ азырақ жылдамдықпен.
Радиалды тарту
Ергосферадан тыс тұрған, қозғалмайтын аспап жетегі статикалық шекке жақындағанда шексіз/дивергентті радиалды тартым күшін сезінеді. Бір сәтте ол құлауға бастайды, нәтижесінде гравитомагниттік әсерге байланысты айналу қозғалысы пайда болады. Бұл кеңістіктің иілуінің салдары ретінде ергосферада теріс энергияның бар екендігі анықталады. Ергосфера оқиғалар горизонтынан тыс болғандықтан, жеткілікті жылдамдықпен сол аймаққа кіретін объектілер қара тесіктің гравитациялық тартылысынан қашып кетуі мүмкін. Объект қара тесіктің айналуына еніп, одан шығу арқылы энергия ала алады, осылайша қара тесіктің бір бөлігін алып шығады (бұл маневр "қалыпты" ғарыш объектілерінің маңындағы Оберт эффектін пайдалануға ұқсас). Айналып тұратын қара тесіктен энергияны алу процесін математик Роджер Пенроуз 1969 жылы ұсынған және ол Пенроуз процесі деп аталады. Бұл процесс арқылы бір бөлшектің алуға болатын ең жоғары энергиясы оның массалық эквивалентінің 20,7% құрайды, ал егер бұл процесс сол массамен қайталанса, теориялық ең жоғары энергия алу бастапқы массалық энергия эквивалентінің 29% - ға жуықтап келеді. Бұл энергия алынғанда, қара тесік бұрыштық импульсін жоғалтады, осылайша кеңістік-уақыт иілуі төмендеп, айналудың нөлдік шегіне жақындасады. Шекте ергосфера жоғалады. Бұл процесс гамма-сәулелердің жарлымы сияқты жоғары энергетикалық құбылыстардың энергия көзіне мүмкін түсіндірме болып табылады. Компьютерлік модельдердің нәтижелері Пенроуз процесінің квазарлар мен басқа да белсенді галактикалық ядролардан шығарылатын жоғары энергиялы бөлшектерді өндіре алатынын көрсетеді.
Ергосфераның көлемі
Эргосфераның көлемі, ергосфералық бет пен оқиға көкжиегі арасындағы қашықтық, оқиға көкжиегінің радиусына емес, қара тесіктің гравитациясына және оның бұрыштық импульсіне байланысты. Полюстердегі нүкте қозгалмайтындықтан, бұрыштық импульсі болмайды, ал экватордағы нүкте ең жоғары бұрыштық импульске ие. Полюстерден экваторға дейінгі бұрыштық импульстің осы айырмашылығы ергосфераға жалпақ пішін береді. Қара тесіктің массасы немесе айналу жылдамдығы артқан сайын, ергосфераның көлемі де артады.