Dlaczego czarne dziury mają dysze i dyski akrecyjne?

Jeśli supermasywne czarne dziury posiadają grawitację wymaganą do zapobieżenia ucieczce fotonów i innych cząstek masy, dlaczego powstają dżety i dyski akrecyjne?

Wydaje się, że wskazują, że coś wychodzi z czarnej dziury, podczas gdy matematyka i fizyka zdają się mówić nam, że jest to niemożliwe.

Wydawałoby się, że supermasywne czarne dziury wywierają grawitację tylko na siebie.

Jeśli chodzi o dyski akrecyjne, z czarnej dziury nic nie wychodzi . To tylko orbitująca materia, choć jest nieco zawirowana przez przeciąganie ramek. Nawet przy wysokiej grawitacji nadal istnieje możliwość orbitowania wokół masywnego ciała. Siła grawitacyjna jest już „zużywana” do spowodowania orbitowania (stanowi ona siłę dośrodkową), więc nie ma potrzeby, aby gaz wpadał.

Co do dżetów, o ile wiem, nie ma jednego wyjaśnienia (nie jestem tego pewien). Jednym z wyjaśnień kandydata jest proces Blandford-Znajek ¹

Poniższy obraz pochodzi z Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy , autor: Kip S. Thorne :

Zasadniczo większość czarnych dziur obraca się, a czasami intensywny obrót może powodować siły, które pokonują grawitację, nawet o kilka rzędów wielkości.

Kiedy czarna dziura wiruje, zakotwiczone do niej linie pola magnetycznego ² obracają się wraz z nią. Plazma (z dysku akrecyjnego) jest następnie wyrzucana wzdłuż tych linii, podobnie jak dzieje się, gdy włożysz marmur do stożkowego kubka i go obrócisz. Jest to przedstawione na pierwszym zdjęciu.

Na drugim zdjęciu prąd przepływa przez linie pola (nie rozumiem tego tak dobrze jak pierwszego, jednak ten post ma rozsądne wyjaśnienie ), przyspiesza plazmę za pomocą mechanizmu podobnego do elektromagnetycznego karabinu . To kolejny sposób tworzenia dżetów.

Zauważ, że energia tutaj pochodzi z energii obrotowej BH, a nie z energii masowej „zawartości” BH (która jest tracona do wszechświata, chyba że weźmiemy pod uwagę promieniowanie Hawkinga)

(Kiedy przyjmuję czas, przyjrzę się bliżej artykułowi i odpowiednio zaktualizuję odpowiedź. Komentarze są mile widziane)

^{1. Blandford, RD i Znajek, RL (1977). Elektromagnetyczne pozyskiwanie energii z czarnych dziur Kerra. Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society, 179, 433-456.}

^{2. Podczas gdy twierdzenie o braku włosów zabrania naga czarna dziura posiadania linii pola magnetycznego, jedna z dyskiem akrecyjnym może je mieć, ponieważ linie pola nie mogą „uciec” przez dysk.}

Dysk akrecyjny to materiał krążący wokół czarnej dziury, gdy w nią wpada. Albo byłoby możliwe, że cząstki znajdują się na orbicie wokół czarnej dziury. Ten dysk byłby poza horyzontem zdarzeń, więc tak naprawdę nie jest „w” czarnej dziurze.

Dysze są formowane w podobny sposób. Cząstki wirujące w czarnej dziurze wytwarzają promieniowanie, które wydaje się być „emitowane” przez czarną dziurę.

Wydaje się, że rzeczy wychodzą z czarnej dziury, ale naprawdę dzieją się poza horyzontem zdarzeń. Tarcza i strumienie powstają w wyniku interakcji cząstek poruszających się wokół czarnej dziury i wchodzących w horyzont zdarzeń.