Черните дупки са известни с ненаситния си апетит, но не всичко, което се доближава до тях, изчезва.
Преди материята да премине точката, от която няма връщане - хоризонта на събитията - има шанс да бъде изхвърлена във вид на струи плазма (джетове) със скорост близо до тази на светлината в противоположни страни в космоса в един от най-мощните процеси във Вселената. Тези струи могат да се простират на милиони светлинни години.
Нови симулации, водени от изследователи, работещи в Националната лаборатория на Лоуренс Бъркли (Berkeley Lab) и Калифорнийския университет в Бъркли, показаха движещите механизми на плазмените джетове, които им позволяват да крадат енергия от мощните гравитационни полета на черните дупки и ги изпращат далеч от зейналата им уста.
Източник: Aurore Simonnet, Sonoma State University
Както се съобщава в Physical Review Letters, симулациите се основават на комбинация от физиката на плазмата и Общата теория на относителността. Техните резултати разкриват механизма, който задвижва електрическите потоци около черните дупки и тяхното взаимодействие с магнитното поле, както и друг феномен, известен като процес на Пенроуз. В този процес частиците, които пресичат хоризонта на събитията, изглежда имат “отрицателна енергия” за един далечен наблюдател.
Екипът моделира плазма, в която сблъсъците между частиците не играят роля в динамиката на плазмата, движеща се около силното гравитационно поле на виртуална черна дупка. В симулациите винаги има опростяване на реалните , но осигуряват нов подход към разбирането на природата и образуването на джетовете.
"Как може да се извлече енергия от въртенето на черната дупка, за да се генерират джетовете?", заяви водещият автор д-р Кайл Парфри (Kyle Parfrey) от лабораторията Бъркли. „Това е въпрос, които се дискутира отдавна”.
За основна причина е смятан механизма на Бландфорд-Знаек (Blandford-Znajek mechanism). Електрическите токове около черната дупка усукват магнитното поле, като образуват джетове, „крадейки” енергия от черната дупка като забавят въртенето ѝ.
Изчисленията показват, че въртенето на черната дупка, заедно с ефекта на движещия се под влиянието на гравитацията й газ, ще накара линията на магнитното поле да се върти около гигантски спирали, които се въртят по оста на въртене на черната дупка. В този процес ротационната енергия на черната дупка се прехвърля бавно към магнитното поле. Енергията в магнитното поле евентуално се разсейва и преобразува в обикновена радиация чрез каскаден процес, включващ създаването на двойки и синхротронни ефекти. Счита се, че джетовете от черните дупки, като моделираната, захранват някои от най-ярките източници на рентгенови и радиоизлъчвания в небето.
Представа на художник за черна дупка с два противоположни джета. Черната дупка е заобиколена от облак от привлечен от гравитацията й газ (зелено), докато джетовете се определят чрез спираловидните линии на магнитното поле (синьо). Alexander Tchekhovskoy/Lawrence Berkeley National Laboratory
Процесът на Пенроуз е подобен, но е свързан с частиците, които се поглъщат от черната дупка като това понижава общата енергия на въртене на черната дупка и по тази причина тя губи маса.
Това е все едно да ядете храна, която ви кара да губите калории, вместо да ги натрупвате. Черната дупка всъщност губи маса в резултат на поглъщането на тези частици с "отрицателна енергия".
Изненадващо е, че новите симулации показват значителен поток от тези частици в черната дупка, толкова много, че енергията, която те извличат, е сравнима с енергията, извлечена от магнитното поле.
Тази визуализация на показва плътността на позитроните в близост до хоризонта на събитията на въртяща се черна дупка. Плазмените нестабилности създават подобни на острови структури в областта на интензивен електрически ток. Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab
Идеята е, че клъстер материя се движи около черна дупка по специална орбита, може внезапно да се разпадне на две, като едната част пада отвъд хоризонта на събитията, а другата получава тласък (кражба на енергия) и се изстрелва в безкрайността.
Процесът на Пенроуз, "въпреки че не е задължително да допринесе толкова много за извличане на енергията от въртенето на черната дупка", казва Парфри, "вероятно е пряко свързан с електрическите токове, които изкривяват магнитните полета на джетовете".
Екипът възнамерява да подобри модела, като включи създаването на електрон-позитронни двойки и по-реалистична радиационна емисия.
Симулациите могат да осигурят полезно сравнение с наблюденията с висока резолюция от Event Horizon Telescope, масив, предназначен да осигури първите директни изображения на регионите, където се образуват плазмените джетове.
Телескопът ще даде възможност за нови изображения на черната дупка в центъра на нашата галактика Млечен път, както и подробни изгледи на други свръхмасивни черни дупки.
Източници:
First-Principles Plasma Simulations of Black-Hole Jet Launching, Kyle Parfrey, Alexander Philippov, and Benoît Cerutti
Viewpoint: Feeding a Black Hole Jet, Robert F. Penna, Center for Theoretical Physics, Columbia University, New York, NY, USA
New Simulation Gives Us Clues On How To Escape A Black Hole, Alfredo Carpineti
How to escape a black hole: Simulations provide new clues about powerful plasma jets, DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory
Още по темата
Космос
Първата снимка на черна дупка е почти готова. Ето как може да изглежда (видео)
Физика
Получени са доказателства за най-великото предсказание на Стивън Хокинг за черните дупки
Космос
Български астрономи разгадават тайните на свръхмасивните черни дупки
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари