simulare

Găurile negre sunt cunoscute pentru apetitul lor de nesatizat, dar nu tot ce se apropie de ele dispare.

Înainte ca materia să treacă de punctul de neîntoarcere - orizontul evenimentelor - are șansa de a fi expulzat în jeturi de plasmă (jeturi) la viteze apropiate de cea a luminii în direcții opuse în spațiu într-unul dintre cele mai puternice procese din univers. Aceste jeturi se pot extinde milioane de ani lumină.

Noile simulări conduse de cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley și de la Universitatea din California, Berkeley, au arătat mecanismele de acționare ale jeturilor de plasmă, care le permit să fure energie din câmpurile gravitaționale puternice ale găurilor negre și să le trimită.

Sursa: Aurore Simonnet, Universitatea de Stat Sonoma

După cum sa raportat în Physical Review Letters, simulările se bazează pe o combinație de fizică a plasmei și relativitate generală. Rezultatele lor dezvăluie mecanismul care conduce curenții electrici în jurul găurilor negre și interacțiunea lor cu câmpul magnetic, precum și un alt fenomen cunoscut sub numele de procesul Penrose. În acest proces, particulele care traversează orizontul evenimentelor par să aibă „energie negativă” pentru un observator îndepărtat.

Echipa simulează o plasmă în care coliziunile dintre particule nu joacă un rol în dinamica plasmei care se mișcă în jurul câmpului gravitațional puternic al unei găuri negre virtuale. În simulări există întotdeauna o simplificare a celor reale, dar acestea oferă o nouă abordare a înțelegerii naturii și a formării jeturilor.

„Cum se poate extrage energia din rotirea unei găuri negre pentru a genera jeturi?”, A spus autorul principal Dr. Kyle Parfrey de la Laboratorul Berkeley. "Aceasta este o problemă care a fost discutată de mult timp.".

Mecanismul Blandford-Znajek este considerat a fi principalul motiv. Curenții electrici din jurul găurii negre răsucesc câmpul magnetic pentru a forma jeturi, „furând” energia din gaura neagră încetinind rotația acesteia.

Calculele arată că rotația găurii negre, împreună cu efectul gazului care se mișcă sub gravitația sa, vor face ca linia câmpului magnetic să se rotească în jurul spiralelor gigantice care se rotesc de-a lungul axei de rotație a găurii negre. În acest proces, energia de rotație a găurii negre este transferată încet în câmpul magnetic. Energia din câmpul magnetic este în cele din urmă disipată și convertită în radiații obișnuite printr-un proces în cascadă care implică crearea de perechi și efecte sincrotron. Se crede că jeturile cu găuri negre, cum ar fi cele modelate, alimentează unele dintre cele mai strălucitoare surse de raze X și emisii radio de pe cer.

Ideea unui artist despre o gaură neagră cu două jeturi opuse. Gaura neagră este înconjurată de un nor de gaz atras de gravitația sa (verde), în timp ce jeturile sunt definite de liniile spirale ale câmpului magnetic (albastru). Alexander Tchekhovskoy/Laboratorul Național Lawrence Berkeley

Procesul lui Penrose este similar, dar implică absorbția particulelor de gaura neagră, care scade energia totală de rotație a găurii negre și, prin urmare, pierde masa.

Este ca și cum ai mânca alimente care te fac să pierzi calorii în loc să le acumulezi. Gaura neagră pierde de fapt masa ca urmare a absorbției acestor particule cu „energie negativă”.

În mod surprinzător, noile simulări arată un flux semnificativ al acestor particule în gaura neagră, atât de mult încât energia pe care o extrag este comparabilă cu energia extrasă din câmpul magnetic.

Această vizualizare nu arată densitatea pozitronilor în apropierea orizontului de evenimente al unei găuri negre rotative. Instabilitățile plasmatice creează structuri asemănătoare insulelor în câmpul curentului electric intens. Kyle Parfrey și colab./Laboratorul Berkeley

Ideea este că un grup de materie se mișcă în jurul unei găuri negre pe o orbită specială, se poate despărți brusc în două, cu o parte care cade dincolo de orizontul evenimentelor, iar cealaltă capătă impuls (furt de energie) și se lansează în infinit.

Procesul lui Penrose, „deși nu contribuie neapărat la energie la rotirea unei găuri negre”, spune Parfrey, „este probabil legat direct de curenții electrici care denaturează câmpurile magnetice ale jeturilor”.

Echipa intenționează să îmbunătățească modelul, incluzând crearea de perechi electron-pozitroni și emisii de radiații mai realiste.

Simulările pot oferi o comparație utilă cu observațiile de înaltă rezoluție de la Event Horizon Telescope, o matrice concepută pentru a oferi primele imagini directe ale regiunilor în care sunt formate jeturi de plasmă.

Telescopul va permite noi imagini ale găurii negre din centrul galaxiei noastre Calea Lactee, precum și vederi detaliate ale altor găuri negre supermasive.

Punct de vedere: Feeding a Black Hole Jet, Robert F. Penna, Centrul de Fizică Teoretică, Columbia University, New York, NY, SUA