Processo Penrose

A superfície externa da ergoregião é descrita como a ergosurperfície e esta é superfície na qual os raios de luz que são de rotação contrária (no que diz respeito à rotação do buraco negro) permanecendo em uma coordenada angular fixa. Desde que partículas massivas necessariamente viajam mais lentamente do que a velocidade da luz, partículas massivas devem girar no que diz respeito a um observador estacionário "no infinito". Uma maneira de retratar isto é girando um garfo em um lençol; enquanto o garfo gira, o linho enrola-se com ele, i.e. a rotação central propaga-se para fora tendo por resultado a distorção de uma área mais ampla. O limite interno da ergoregião é o horizonte de eventos, esse horizonte de eventos que está em um perímetro espacial além do qual a luz não pode escapar.

Dentro desta ergoregião, o tempo e uma das coordenadas angulares trocam (o tempo se transforma em ângulo e o ângulo se transforma em tempo) porque as coordenadas do tipo tempo têm somente que um único sentido (e recorde que a partícula está girando necessariamente com o buraco negro somente em um único sentido). Por causa desta troca coordenada estranha e incomum, a energia da partícula pode assumir valores positivos e negativos como medidos por um observador no infinito.

Se a partícula A entra na ergoregião de um buraco negro de Kerr, então divide-se nas partículas B e C, então a conseqüência (dadas as suposições que a conservação da energia ainda se mantém e a uma das partículas é permitido ter energia negativa) partícula B poderá existir na ergoregião com mais energia do que a partícula A enquanto a partícula C entra no buraco negro, i.e. ${\displaystyle E(A)=E(B)+E(C)}$  e diz-se que ${\displaystyle E(C)<0}$ , então ${\displaystyle E(B)>E(A)}$ .

Desta maneira, a energia rotatória é extraída do buraco negro, tendo por resultado o buraco negro que está tendo diminuída a sua rotação. A quantidade máxima de energia está extraída se a separação ocorre apenas fora do horizonte de evento e se a partícula C é contrária a rotação do buraco negro o máximo do possível. Tais questões de limitações das energias possíveis de serem extraídas no processos e condições necessárias são estudadas teoricamente.^[1][2]

No processo oposto, um buraco negro pode ter sua rotação aumentada (sua velocidade rotacional aumentada) por receber partículas que não dividem-se, mas dão predominantemente seu momento angular inteiramente ao buraco negro.

O processo de Penrose conduziu à especulação que uma civilização avançada poderia gerar energia construindo uma cidade em uma estrutura fixa em torno do buraco negro, assim como fonte de energia para viagens no tempo.^[3] Todos seus resíduos poderiam ser dispostos em naves no buraco negro e ejetados na ergoregião. As naves poderiam então retornar à cidade com energia adicional que poderia ser capturada para gerar força. (Este arranjo especulativo não especifica como as naves capturariam a energia, entretanto. Há igualmente interesse sobre se as naves exigiriam uma enorme quantidade de energia para resistir a gravidade do buraco negro, energia que excederia provavelmente em muito a energia exigida para destruir o lixo por meios convencionais e para produzir a energia em excesso desejada por meios convencionais.). Nestas questões, discutem-se a eficiência do processo, a qual, independente de conjecturas sobre possíveis aplicações, apresenta interesse na astrofísica.^[4][5]

Estudam-se teoricamente a influência de campos magnéticos nos jatos resultantes de buracos negros de Kerr e como influenciam tal geodésica.^[6] Tal processo envolvendo campos magnéticos é chamado de processo Blandford–Znajek.^[7][8]

• Misner, Thorne, and Wheeler, Gravitation, Freeman and Company, 1973.