Джеты и вращение черных дыр
В лаборатории фундаментальных и прикладных изучений релятивистских объектов Вселенной Столичного физтех университета создали модель, разрешающую проверить одну из догадок, обрисовывающую сотрудничество сверхмассивных черных дыр в центрах галактик с испускаемыми ими струями — джетами. Модель разрешает по измеренному магнитному полю джета угадать утраты вращательной энергии испускающей его черной дыры.
Работа размещена в издании Frontiers in Astronomy and Space Sciences, коротко о ее итогах рассказывается в пресс-релизе МФТИ.
Сверхмассивная черная дыра, окруженная аккреционным диском, испускает джет
© Пресс-служба МФТИ
Сейчас астрофизики смогут замечать много джетов — замечательных струй, вырывающихся со скоростями, родными к скорости света (релятивистскими), из ядер активных галактик — сверхмассивных черных дыр. Их размеры огромны кроме того на фоне вторых астрономических объектов — протяженность джета может быть около нескольких процентов радиуса галактики, и быть приблизительно в 300 тысяч раза больше размера испускающей его черной дыры.
Эти объекты разрешают посмотреть в глубокое прошлое Вселенной. Но у ученых до сих пор остается много вопросов к их устройству.
Доподлинно неизвестно кроме того из чего состоят джеты, потому, что при их наблюдении не регистрируются какие-либо спектральные линии — на сегодня принято вычислять, что они складываются из позитронов и электронов либо протонов. Но, из отдельных крупиц точных знаний неспешно складывается непротиворечивая модель этих необычных объектов.
Вращающиеся черные дыры с аккреционным диском (движущимся около центрального тела веществом), рождающие джеты, считаются самыми действенными двигателями. КПД джетов, каковые выбрасываются активными ядрами галактик, иногда превышают 100%, в случае если вычислить эффективность совокупности «джет + черная дыра + аккреционный диск» как отношение энергии, уносимой джетом, к энергии аккрецируемого (падающего) на черную дыру вещества.
Второй закон термодинамики, отрицающий возможность существования вечных двигателей, при внимательном рассмотрении в этом случае не нарушается. Выясняется, что в энергию джета дает собственный вклад процесс замедления вращения черной дыры.
Другими словами, испуская джет, черная дыра чуть заметно тормозит собственный вращение.
Возможно совершить аналогию с электровелосипедом, что приводится в перемещение не только мускульными упрочнениями ездока, другими словами внешним причиной (как энергия аккрецируемого вещества), вместе с тем встроенным электромотором — внутренним источником (как энергия вращения черной дыры).
Джет разрешает черной дыре избавиться от избыточного вращательного момента, что она приобретает от аккрецируемого вещества, вращающегося с высокой скоростью. Подобные эффекты астрофизики в далеком прошлом замечают в молодых звездах.
В ходе формирования на звезду оседает вещество аккреционного диска, владеющее огромным угловым моментом. Наряду с этим замечаемая скорость вращения таких звезд мала.
И целый избыточный вращательный момент уходит в узкие джеты, испускаемые этими звездами.
Недавно у астрофизиков показался способ, благодаря которому возможно определять магнитное поле в джетах активных ядер галактик. Астрофизик Елена Нохрина продемонстрировала, что посредством этого способа возможно оценить наличие энергетического вклада от замедления вращения черной дыры в неспециализированную мощность джета.
До сих пор формула, дающая ответ на вопрос, имеет ли место перетекание энергии вращения черной дыры в энергию джета, не была проверена на данных взятых из наблюдений. Наряду с этим ответственный параметр, определяющий темп утрат вращательной энергии черной дыры – скорость ее вращения – не удается до тех пор пока точно оценить по наблюдениям.
Черная дыра не имеет возможности иметь собственного магнитного поля. Но около нее создается вертикальное магнитное поле, которое связано с магнитным полем вещества аккреционного диска.
Для оценки утрат черной дырой энергии вращения необходимо узнать величину потока магнитного поля, проходящего через горизонт черной дыры.
«Потому, что магнитный поток сохраняется, то, измеряя его величину в джете, мы возьмём поток магнитного поля вблизи черной дыры. Зная массу черной дыры, возможно вычислить расстояние от оси ее вращения до горизонта событий (условной границы черной дыры), тогда делается вероятным оценить разность потенциалов между границей и осью вращения черной дыры.
Взять величину электрического тока вблизи черной дыры возможно из условия экранирования электрического поля в окружающей плазме. Зная разность и ток потенциалов, возможно оценить энергетические утраты вращения черной дыры», — говорит создатель работы, помощник начальника лаборатории фундаментальных и прикладных изучений релятивистских объектов Вселенной МФТИ Елена Нохрина.
Проделанные расчеты говорят о корреляции величины полной мощности испускаемого черной дырой джета с утратами вращательной энергии черной дыры. Необходимо подчеркнуть, что до недавнего времени для простоты в моделях употреблялась однородная поперечная структура джетов.
Для более корректных оценок была использована модель, учитывающая неоднородную поперечную структуру магнитного поля джета.
Поперечная структура магнитного поля джета
© Пресс-служба МФТИ
При далеких галактик замечаемая картина магнитного поля джета выглядит достаточно размыто — для большинства джетов поперечная структура не видна. Исходя из этого экспериментально измеренное магнитное поле сопоставляется с его модельной поперечной структурой для оценки размеров компонентов магнитного поля.
Как раз учет поперечной структуры разрешает проверить механизм утрат без информации о скорости вращения черной дыры.
Переносимое джетом количество энергии, в соответствии с рассмотренной догадке, зависит от потока скорости вращения и магнитного поля черной дыры. Так, возможно оценить вклад в мощность джета утрат вращательной энергии черной дырой.
Превосходным результатом данной теоретической работы стала возможность взять оценку утраты вращательной энергии черной дырой, измеряя магнитное поле в джете, без информации о скорости вращения черной дыры.
Источник: polit.ru
Огромная черная дыра(Monster Black Hole)
