Усукванието на пространство-времето обяснява някои от най-ярките обекти във Вселената (видео)

Триизмерен модел на хаотичното захранване на черна дупка дава потенциално обяснение за странното превключване на квазарите

Ваня Милева Последна промяна на 27 септември 2023 в 00:00 7272 0

Авторите създават 3D модел, за да покажат как газът и прахът в акреционния диск се вливат в черната дупка. 

Кредит Matthew Liska/YouTube

Авторите създават 3D модел, за да покажат как газът и прахът в акреционния диск се вливат в черната дупка. 

Много необичайно е галактиките да правят нещо бързо, но променливите квазари са изключение. Те могат да включват и изключват своите струи радиация в рамките само на години или дори месеци. Това изчезване предизвиква удивление у астрофизиците, когато бе наблюдавано за първи път през 2014 г., и продължава да буди недоумение.

Разположени в центъра на млади галактики, квазарите (или "квазизвездни радиоизточници") обикновено горят 27 трилиона пъти по-ярко от нашето Слънце. Квазарите се състоят от активно хранеща се свръхмасивна черна дупка и нейната храна: газ и прах, които се въртят около нея в т. нар. акреционен диск.

Предишните модели предполагат, че материята, обикаляща около черна дупка, преминава през хоризонта на събитията по сравнително регулярен начин, подобно на водата в мивката, която се стича в канализацията. Предполагаше се, че това е бавен процес, който продължава повече 10 000 години.

"В продължение на десетилетия се предполагаше, че акреционните дискове са подравнени с въртенето на черната дупка", разказва водещият автор Ник Кааз (Nick Kaaz), астрофизик от Северозападния университет в САЩ.

"Но газът, който захранва тези черни дупки, не е задължително да се съгласува с посоката на въртене на черната дупка, така че защо се приема, че автоматично да бъдат ориентирани по един и същ начин? Промяната на подравняването драстично променя картината."

Когато екипът създава 3D компютърен модел на въртяща се черна дупка, която не е в съответствие с акреционния си диск, започват да се случват странни неща.

Вместо да се държи като основа за пица, която се върти около пръста на готвача, акреционният диск започнал да се изкривява и разкъсва.

Той се разпадна на вътрешен поддиск и външен диск, като всеки диск се върти под различен наклон, подобно на жироскоп.


Жироскопът се използва за насочване или измерване на ротационното движение. Този инструмент се използва в компасите, корабите, торпедата и спътниците.

Когато едно тяло се върти около собствената си ос под ъгъл, различен от оста на въртене, подобно на клатушкането на пумпалите, това се нарича прецесия. Оста на въртене на Земята също прецесира - нашият ъгъл е 23,5°. Кредит: Wikipedia

Това разцепване на диска е причинено от въртящата се черна дупка, която усуква пространство-времето около себе си - процес, наречен влачене на отправната система или рамката (frame-dragging).

Увличането на инерционня рамка или ефектът на Ленс-Тиринг е ефект върху пространство-времето, предвиден от Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, който се случва в поле, което е стационарно, в стабилно състояние, но масите, причиняващи това поле, може да има нестатични стационарни разпределения на маса-енергия, въртящи се например.

По-общо казано, предметът, който се занимава с ефектите, причинени от потоците маса-енергия, е известен като гравитоелектромагнетизъм, който е аналогичен на магнетизма на класическия електромагнетизъм.

Ефектът се проявява в появата на допълнителни ускорения, подобни на ускорението на Кориолис, движещи се в гравитационно поле. Ефектът на Ленс-Тиринг се наблюдава като прецесия на орбиталната равнина на маса, въртяща се около масивно въртящо се тяло, или като прецесия на оста на въртене на жироскоп в близост до такова тяло.

Геодезична прецесия и влачене на рамката. Кредит: Wikimedia Commons

"Когато [черните дупки] се въртят, те теглят пространството около себе си като гигантска въртележка и го принуждават също да се върти", обяснява Кааз.

Влаченето на рамката има по-силно привличане на материала, който обикаля по-близо до черната дупка, и по-слабо привличане на материала, който обикаля по-далеч.

Тази разлика означава, че вътрешният диск се върти по-бързо от външния.

Първоначално триенето и налягането задържат диска цял. Но в крайна сметка усукването на пространство-времето от черната дупка кара вътрешния диск да се разпадне на отделен диск, който е по-малък и следователно се движи по-лесно.

"Областта на разкъсване е мястото, където черната дупка побеждава", обяснява Кааз.

Черна дупка в процес на влачене на рамката. Кредит: VideoFromSpace/YouTube

Тези два диска се намират под странен ъгъл един спрямо друг и се сблъскват, предизвиквайки сътресения. "Потоците" от външния диск се изсипват върху вътрешния поддиск, принуждавайки материята да се подава по-бързо към черната дупка.

Тази допълнителна маса задвижва вътрешния диск към черната дупка, за да бъде погълнат, след което гравитацията на черната дупка изтегля газ от външния регион, за да попълни вътрешната област. Тези процеси биха могли да хвърлят светлина върху причините, поради които квазарите могат да се изключват и включват внезапно.

"Класическата теория за акреционния диск не може да обясни тази драстична промяна", посочва Кааз.

"Но явленията, които наблюдаваме в нашите симулации, потенциално могат да обяснят това. Бързите изсветлявания и затъмнявания съответстват на разрушаването на вътрешните области на диска."

Справка: "Nozzle Shocks, Disk Tearing, and Streamers Drive Rapid Accretion in 3D GRMHD Simulations of Warped Thin Disks", Nicholas Kaaz, Matthew T. P. Liska, Jonatan Jacquemin-Ide, Zachary L. Andalman, Gibwa Musoke, Alexander Tchekhovskoy and Oliver Porth; The Astrophysical Journal, Volume 955, Number 1; DOI 10.3847/1538-4357/ace051

Източник: Twists,  in Spacetime Might Explain Some of The Brightest Objects in The Universe, ScienceАlert

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !