Shielding of Penrose superradiance in optical black holes
通过计算在这种时空背景下无质量粒子的径向运动，研究了光学涡旋模拟的模拟旋转黑洞的超辐射屏蔽效应。我们增加了条件$E<LΩ_{r_{e}}$和$L>0$来判断超辐射的经典禁戒区。结果表明，在能层内部的静态极限附近存在着超辐射禁带，这将限制具有特定能量和角动量的粒子的经典Penrose过程。一旦在能层外测量到这些满足超辐射条件的粒子，这表明彭罗斯过程可以是量子的。
2023-03-25 gr-qc
Extraction Energy From Charged Vaidya Black Hole Via Penrose Process
本文研究带电 Vaidya 时空中的 Penrose 过程，通过分析广义能层边界及负能量粒子轨道，指出该能层是暂时的且粒子无闭合轨道，并证明无法从黑洞高效提取大量能量。
2022-10-10 gr-qc
Horizon structure of rotating Bardeen black hole and particle acceleration
本文研究了旋转的Barclay正则黑洞的视界结构和能层，该黑洞除了质量（$M$）和旋转参数（$a$）外，还增加了一个由磁荷引起的附加参数（$g$）.有趣的是，对于参数$g$的每一个值，都存在一个临界旋转参数（$a=a_{E}$），它对应于一个具有简并视界的极值黑洞，而对于$a<a_{E}$，它描述了一个具有两个视界的非极值黑洞，而对于$a>a_{E}$，它没有黑洞.我们发现，能层的极值$a_E$也受参数$g$的影响.与Kerr黑洞相比，$a_E$的值显著减小，而能层随着$g$的增大而变厚。我们还研究了两个等质量粒子在该黑洞视界附近的碰撞，明确地指出了参数$g$的影响。质心能量（$E_{CM}$）不仅取决于旋转参数$a$，还取决于参数$g$。结果表明，当碰撞粒子之一具有临界角动量时，在极端情况下，$E_{CM}$可以是任意高的，从而表明旋转的Barclay规则黑洞可以充当粒子加速器.
2015-11-08 gr-qc hep-th
On the maximal efficiency of the collisional Penrose process
在碰撞彭罗斯过程中（发生在克尔黑洞的能层内的碰撞），质心（CM）能量在适当的极端条件下（最大克尔、近视界碰撞和适当的碰撞参量）可以发散。我们提出了CM能量的解析表达式，精炼文献中给出的表达式。即使CM能量发散，我们表明，最大的能量所达到的粒子逃脱黑洞的引力，并达到无穷大是适度的。我们得到了一个解析表达式的能量逃逸粒子碰撞彭罗斯过程中产生的，并应用它来获得最大能量和最大效率的几个物理场景：对湮灭，康普顿散射，和弹性散射的两个大质量粒子。在所有物理上合理的情况下（即入射粒子最初从无穷远落向黑洞），最大能量（以及相应的效率）只比入射粒子的静止质量能量大一个数量级。发现的最大效率为~ 13.92，它是由一个有质量的粒子的一个无质量的粒子的散射获得的。
2016-01-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Confined Penrose process and black-hole bomb
本文研究具有一定能量$E_{0}>0$的粒子在黑洞能层中的衰变。在第一次衰变后，一个具有能量$E_{1}<0$的粒子落向黑洞，而第二个具有能量$% E_{2}>E_{0}\,\ $的粒子向外移动。它从一个反射壳反弹回来，然后，这个过程重复。对于Reissner-Nordstöm度规中带电粒子的径向运动，结果强烈依赖于具体的场景。特别是，在壳层内部能量无限大的增长是可能的，这就产生了一个黑洞炸弹。我们还考虑了在旋转轴对称静止黑洞背景下中性粒子的类似多重过程。我们证明，如果粒子衰变发生在转折点，在这种情况下，一个黑洞炸弹是不可能的。对于能区内的一般点，存在黑洞炸弹存在的条件。它与衰变前后的质量比和碎片在质心坐标系中的速度有关。
2022-07-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Collisional Penrose Process in Rotating Wormhole Spacetime
在碰撞彭罗斯过程中，来自渐近平坦区域的两个粒子在致密物体的能层中碰撞。碰撞产生两个新粒子，一个具有正能量，一个具有负能量。当具有正能量的粒子逃逸到无穷远时，该过程从致密物体中提取能量。本文研究了旋转虫洞时空中的碰撞彭罗斯过程。我们考虑一个简单的情况下，迎面相撞的喉咙Teo虫洞。我们发现从Teo虫洞中提取能量的过程比Kerr黑洞时空中的碰撞Penrose过程要有效得多。
2015-05-29 gr-qc
Particles with negative energies in black holes
研究了在Schwarzschild、带电和旋转的黑洞内外是否存在负能量粒子的问题。分析了史瓦西黑洞内部粒子能量的不同定义，并表明在什么情况下该能量可以为负。比较了Kerr度规和Reissner-Nordstrom度规描述的能层中粒子能量为负的旋转黑洞的情况。
2011-05-22 gr-qc
The Gravitomagnetic Field and Penrose Processes
本文给出了用广义相对论理论Monte Carlo方法对超大质量（10^8太阳质量）旋转黑洞能层中的康普顿散射和e-e+对产生过程进行计算机模拟的结果。来自吸积盘的粒子落入能层，并将处于赤道和非赤道约束轨道的粒子散射出去。一般来说，彭罗斯机制允许克尔黑洞的旋转能量被从能层逃逸到无穷远的散射粒子提取（即，距离黑洞很远）。这些模型的计算结果表明，Penrose机制的一种形式能够产生观测到的类星体和其他活动星系核发射的高能粒子（可达GeV量级），而不需要吸积盘的外电磁场。重要的是，这些模型计算表明，透镜-瑟林效应，即，由旋转的黑洞的角动量引起的惯性系的旋转拖拽导致重力磁力（GM）施加在散射的逃逸粒子上。在能层内部，这种拖曳是严重的，似乎GM矢量场线被框架拖曳到正方位角方向，即，黑洞的旋转方向。由此产生的GM力作用于彭罗斯散射粒子产生对称和不对称（或单侧）的粒子发射极方向，与射电强活动星系核中观测到的天体物理喷流一致。注意，这些彭罗斯过程可以适用于任何大小的旋转黑洞。
2004-02-18 astro-ph gr-qc
Collisional Penrose process near the horizon of extreme Kerr black holes
粒子在黑洞能球中的碰撞可能会导致任意大的质心能量。这导致最近的建议（Banados等人，2009），黑洞可以充当终极粒子加速器。如果一个出射粒子的能量大于落射粒子的总能量，那么多余的能量一定来自于黑洞的转动能，因此这一定涉及彭罗斯过程。然而，当质心能量发散时，碰撞的位置使高能粒子不可能逃逸到无穷远。根据早先关于碰撞彭罗斯过程的工作（Piran & Shaham 1977），我们证明了即使在最有利的理想条件下，逃逸粒子的最大能量也只是碰撞粒子的总初始能量的一个适度的因子。这意味着人们不应该期望黑洞周围的碰撞会成为壮观的宇宙加速器。
2012-08-12 astro-ph.HE gr-qc
High-energy collisions inside black holes and their counterpart in flat space-time
两个粒子可以在非极值黑洞中碰撞，使得它们在质心系中的能量E_{c.m.}变得任意大。我们表明，这种效果可以理解的帮助下，一个简单的类比与粒子碰撞在平坦的时空。由于黑洞内部近视界几何的二维部分是用平坦的Milne度规来描述的，所以结果具有一般性。建议对未绑定E_{c.m.}的场景进行完整分类。这类场景中的一些场景要求碰撞接近分叉点，但对于其他一些场景，这不是必需的。
2014-03-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Zero-momentum trajectories inside a black hole and high energy particle collisions
本文研究球对称黑洞中零动量轨道的性质。我们主要在Painlevé% -Gullstrand框架中工作，并使用“黑洞的河流模型“的概念。这一概念允许我们（以“宇宙学的方式”）将测试粒子的测地线运动分解为坐标系的“流”和相对于该坐标系的特殊运动。经过这种分解，狭义相对论的标准公式在运动过程中的应用就成为可能。本文将特徴速度的概念推广到horzion以下的区域，并利用它来描述高能碰撞和红移这两个物理过程。利用这种方法，我们（i）提出了一个新的描述发生在事件视界内的黑洞视界附近的粒子碰撞。特别是，我们表明，所讨论的轨迹是相关的超高能碰撞。(ii)在河流模型的框架下，我们导出了一个简单的公式（在视界外和视界内）的红移的情况下的径向运动。它代表两个因素的乘积。其中一个是负责纯引力部分，而另一个给出了多普勒频移，由于特殊的运动相对于“流”。
2019-12-25 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The effect of the WGC condition on the maximal energy extracted from black holes
本文研究了WGC条件下两粒子在Kerr-Newman黑洞附近碰撞的Penrose过程和最大能量。我们考虑两个粒子在黑洞的能层区域碰撞，散射出两个新粒子的碰撞过程;其中一个落入黑洞，另一个逃逸到无穷远。我们的计算也显示了能量的增加。我们还检查了不同自旋的粒子可以从黑洞接收到多少能量。本文的结果将有助于我们识别和研究天体物理学中的黑洞和不同自旋的粒子。此外，它还说明了黑洞如何在WGC条件下工作。
2022-05-31 gr-qc hep-th
Equatorial geodesics in ergoregion of dirty black holes and zero energy observers
本文研究一般轴对称旋转黑洞能区中粒子的赤道运动。我们引入零能量观测器（ZEOs）的概念，作为已知零角观测器（ZAMOs）的对应物。结果表明，ZEO的轨迹恰好有一个转折点，该转折点位于光子的各能区的边界上和大质量粒子的各能区内。因此，这样的轨道从视界下的白洞区域进入能层，并再次穿过视界（进入黑洞区域）。ZEO的角速度与角动量无关。对于具有$% E>0$的颗粒，该速度大于ZEO，对于$E<0$，该速度较小。角动量的一般限制取决于轨道是否完全位于能区内，从边界反弹或相交。A. Grib，Yu.巴甫洛夫，arXiv：克尔度规为1601.02592。我们还证明了在黑洞附近，ZEO与含$E\neq 0$的粒子碰撞可以导致质心的无束缚能量，从而给出了一种特殊的Bañados-Silk- West效应.
2016-09-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Particle collisions in ergoregion of braneworld Kerr black hole
本文研究了膜世界Kerr黑洞能区的中性粒子运动和碰撞Penrose过程。分析了事件视界、能层和静态极限的性质。研究了在能区中粒子碰撞的Penrose过程。此外，我们还研究了负能态，证明了粒子能量的符号可以由角动量的符号唯一确定。此外，我们还研究了Wald不等式，确定了通过Penrose过程提取能量的极限，并找到了不可约质量的下界。给出了膜Kerr黑洞的能量提取效率的表达式，并与Kerr黑洞的结果进行了比较。结果表明，效率随黑洞的转动和膜参数b的增大而增大。
2021-01-05 gr-qc
Super-Penrose collisions are inefficient - a Comment on: Black hole fireworks: ultra-high-energy debris from super-Penrose collisions
在几周前发表在arXiv上的一篇论文中，Berti，Brito和Cardoso \cite{Berti+14}提出，超高能粒子可以从黑洞的能层碰撞中产生。如果这个过程涉及到一个离黑洞非常近的粒子，这就可能发生。显然，这样的粒子不可能从黑洞中出现。\cite{Berti+14}认为这种粒子可以在另一次碰撞中产生。因此，这个过程涉及两次碰撞：一次是在离视界非常近的地方产生出射粒子，另一次是获得能量。因此，这个过程的实际效率应该考虑到产生第一个粒子所需的能量。我们在这里表明，虽然这个过程是运动学上可能的，它需要的能量是发散大的逃逸粒子的能量相比，沉积。因此，与无限高效率的要求相矛盾，组合过程的效率实际上非常小，对于非常高的输出能量接近于零。即使在比\cite{Berti+14}中考虑的条件更一般的条件下，总能量增益也不会发散，并且仅比发生在两个下落粒子\cite{Piran+75,PiranShaham77,Bejger+12}之间的原始碰撞彭罗斯过程的能量增益大几倍
2015-01-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Revised upper limit to energy extraction from a Kerr black hole
我们提出了一个新的上限的能量，可以提取从克尔黑洞通过粒子碰撞在能层（即，“彭罗斯过程”（Penrose Process）。早期关于这个问题的工作主要集中在具有临界角动量值的粒子从无穷远处落入极端克尔黑洞，并在视界外碰撞。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大，有效地将这种过程的峰值效率限制在大约$130\%$。当我们允许一个初始粒子具有碰撞参量$b > 2M$，从而不被视界捕获时，它能够沿着向外的轨道碰撞，大大增加了产物逃逸的机会。对于等质量粒子湮灭为光子，我们发现$E_{\rm out} \approx 6\times E_{\rm in}$的峰值能量大大增加。对于康普顿散射，利用$E_{\rm out} \approx 14\times E_{\rm in}$，效率甚至可以更高，并且对于重复的散射事件，光子既可以产生{ \it又可以逃逸到具有普朗克尺度能量的无穷大。
2015-06-22 astro-ph.HE gr-qc
Event horizons under the effect of the Penrose process
本研究探讨Penrose过程中不同能量测试粒子被黑洞吸收后对事件视界的影响，发现吸收过程会增大视界半径，并使不可约质量、熵等正比于视界半径的物理量相应增加。
2024-10-30 gr-qc
Penrose and super-Penrose energy extraction from a Reissner-Nordström black hole spacetime with a cosmological constant through the BSW mechanism: Full story
该研究联合分析Penrose过程与BSW机制，探究含不同宇宙学常数的d维极端Reissner-Nordström黑洞中碰撞能量提取问题，发现超Penrose过程特征及宇宙学常数、维度对能量提取的影响。
2024-11-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
High energy physics in the vicinity of rotating black holes
本文的目的是考虑旋转黑洞视界附近的粒子碰撞。在能层引力半径内区域产生的有质量和无质量粒子的测地线的存在导致了两个粒子在中心质量框架中获得很高能量的不同可能性。根据已证明的极值球面轨道定理，给出了所有这类测地线的分类。考虑了当一个粒子（临界粒子）沿“白洞”测地线以接近上限的角动量运动而另一个粒子沿通常测地线运动时能量无限增长的情况，以及第一个粒子的负角动量无限增长的情况.
2015-03-14 gr-qc
Large entropy production inside black holes: a simple model
落入旋转的黑洞的粒子会在靠近内视界的地方发生碰撞，产生巨大的能量。由这些碰撞产生的熵可以比由于粒子的增加而增加的视界熵大好几倍。在本文中产生的熵释放大量的中子附近的外视界的旋转黑洞，使他们碰撞附近的内视界的能量类似于那些实现在相对论重离子对撞机。视界熵的增加约为每对落下的中子80，而碰撞产生的熵为每对中子160。碰撞熵是在视界内部产生的，所以这种过剩熵的产生并没有违反限制可以穿过黑洞视界的熵的Bousso界。服从广义黑洞热力学定律。在黑洞内部，没有任何一个观察者会看到违反热力学第二定律的现象
2010-06-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Bubble, Bubble, Flow and Hubble: Large Scale Galaxy Flow from Cosmological Bubble Collisions
本文研究了Coleman-de Luccia泡碰撞宇宙学中的大尺度结构。在一组受控的近似，我们计算的影响，从内部看到的泡沫已经经历了这样的碰撞星系运动。我们发现，一般气泡碰撞导致相干的大规模流动的星系在我们的天空的某些部分，其细节取决于碰撞的初始条件和红移的星系的问题。在其他参数保持不变的情况下，随着泡沫内部膨胀量的增加，这种影响会减弱，但可以产生可测量的流动，超过解决平坦性和视界问题所需的Efolds数量。
2010-06-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Eternal Inflation, Bubble Collisions, and the Disintegration of the Persistence of Memory
我们计算了在膨胀的假真空中气泡碰撞的概率分布。我们的分析概括了Guth，Garriga和Vilenkin以前的工作，气泡内的一般宇宙演化的情况下，并考虑到碰撞气泡之间形成的域壁的动力学。我们发现，加入这些效应后，结果发生了显著的变化：在一个典型观测者的光锥中，气泡碰撞的总期望次数为N ~ γV_f / V_i，其中γ是假真空的最快衰减速率，V_f是假真空的真空能量，V_i是气泡内膨胀时的真空能量。在不进行调整的真实模型中，此数字可能很大。此外，我们还计算了宇宙微波背景天空中碰撞的角位置和尺寸分布，证明了可观测角尺寸的气泡数为N_{LS} \sim \sqrt{Ω_k} N，其中Ω k为观测时曲率对总密度的贡献。分布几乎完全是各向同性的。
2009-06-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Sgr A* as a Galactic PeVatron: Multimessenger Signatures of the Magnetic Penrose Process
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Instituto de Física Teórica UAM-CSIC（UAM-CSIC理论物理研究所）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Escuela Politécnica Superior, Universidad San Pablo-CEU（圣保罗ceu大学高等理工学院）；Utah State University（犹他州立大学）
该研究探讨Sgr A*的磁彭罗斯过程，发现其可将质子加速至PeV能量，预测的伽马射线和中微子信号可通过SWGO等多信使设备观测，确立了该过程作为黑洞能量提取的可观测机制。
2026-09-04 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Ultra-high energy collision with neither black hole nor naked singularity
研究了两个同心球薄壳的碰撞问题。内层是带电的，而外层要么是中性的，要么是带电的。在我们考虑的情况下，内壳层的电荷大于它的引力质量，并且它的内部是空的和规则的。因此，在它外面的区域是由过度充电的Reissner-Nordstrom几何描述的，而它的内部是Minkowski。首先，内壳开始从具有有限动能的无穷远收缩，然后外壳开始从具有消失的动能的无穷远收缩。内壳层在势壁上反弹，并与进入的外壳层碰撞。这些壳在"其质心系"处的碰撞能量不超过系统的总能量。相比之下，由于壳层相对速度的伽马因子非常大，这些壳层的两个组成粒子在它们的质心坐标系中的碰撞能量可以比普朗克尺度大得多。这一结果表明，黑洞或裸奇点是不必要的超高能粒子碰撞。
2013-03-23 gr-qc
