Ergosfera

L'ergosfera (també coneguda com a ergoesfera) és la regió exterior i propera a l'horitzó d'esdeveniments d'un forat negre en rotació. En aquesta regió, el camp gravitatori del forat negre gira juntament amb aquest arrossegant l'espai-temps.

Es tracta d'un fenomen teoritzat pel físic neozelandès Roy Kerr i prové directament de les teories de la relativitat general d'Albert Einstein. El model de forat negre de Kerr parteix del primer i més simple model de forat negre, el model de Schwarzschild.

El seu nom va ser proposat per Remo Ruffini i John Archibald Wheeler durant les Conferències de Les Houches l'any 1971 i deriva de la paraula grega ἔργον (ergon), que significa «treball». Va rebre aquest nom perquè teòricament és possible extreure energia d'un forat negre realitzant determinades manipulacions a l'ergosfera. Parlem del procés Penrose o superradiància segons si aquestes manipulacions es refereixen a partícules o ones electromagnètiques.

Contràriament al que indica el seu nom, l'ergosfera no és una regió esfèrica. De fet, la seva forma exacta és difícil de representar en un espai euclidià tridimensional clàssic, a causa de les distorsions de l'espai causades pel camp gravitatori del forat negre. L'ergosfera té una forma esferoïdal aplanada que toca l'horitzó d'esdeveniments als pols d'un forat negre en rotació i s'estén fins a un radi més gran a l'equador. El radi equatorial (màxim) d'una ergosfera correspon al radi de Schwarzschild d'un forat negre no giratori;^[1] el radi polar (mínim) pot ser tan petit com la meitat del radi de Schwarzschild en cas que el forat negre estigui rotant al màxim (a taxes més altes de rotació el forat negre no podria haver-se format).^[1] L'ergosfera, en un forat negre giratori, és una regió que té la forma d'un el·lipsoide per a baixes velocitats de rotació, el límit de la qual prop dels pols tendeix a coincidir amb l'horitzó d'esdeveniments, però prop de l'equador es desprèn. A mesura que augmenta el moment angular del forat negre, la forma de l'ergosfera tendeix a ser cada cop més semblant a un bunyol sense forat, és a dir, a un disc el centre del qual s'aprima fins al punt de tocar l'horitzó dels esdeveniments a sota.

En astrofísica, l'ergoregió és una regió entre l'horitzó i l'ergosfera d'un forat negre giratori (forat negre de Kerr o forat negre de Kerr-Newman).^[2] Per a aquests objectes, la rotació del forat negre tendeix a arrossegar l'espai i la matèria al seu moviment. Aquest fenomen s'anomena efecte Lense-Thirring. Es necessita una amplitud tal a les proximitats d'un forat negre que es fa impossible que un observador romangui immòbil en relació amb estrelles llunyanes (considerades com a fixes). La regió on es produeix aquest efecte ondulació s'anomena ergosfera.