Кредит изображения: JHU
На протяжении более 30 лет астрофизики полагали, что черные дыры могут поглотить близлежащие вещества и в результате выделять огромное количество энергии. До недавнего времени, однако, механизмы, которые приближают вещество к черным дырам, были плохо поняты, из-за чего исследователи ломали голову над многими деталями процесса.
Однако теперь компьютерное моделирование черных дыр, разработанное исследователями, в том числе двумя в Университете Джона Хопкинса, отвечает на некоторые из этих вопросов и ставит под сомнение многие распространенные предположения о природе этого загадочного явления.
«Только недавно появились члены исследовательской группы? Джон Хоули и Жан-Пьер Де Вильер из Университета Вирджинии? создал компьютерную программу, достаточно мощную, чтобы отслеживать все элементы аккреции на черные дыры, от турбулентности и магнитных полей до релятивистской гравитации », - сказал Джулиан Кролик, профессор кафедры физики и астрономии им. Генри А. Роуленда в Университете Джона Хопкинса, руководитель исследовательской группы. «Эти программы открывают новое окно в сложной истории о том, как материя попадает в черные дыры, впервые показывая, как запутанные магнитные поля и эйнштейновская гравитация объединяются, чтобы выжать последний всплеск энергии из вещества, обреченного на бесконечное заключение в черном цвете. отверстие."
Близко к внешнему краю черной дыры, где ньютоновское описание гравитации нарушается, обычные орбиты больше не возможны. В таком случае ? или так это представлялось за последние три десятилетия? материя быстро, плавно и тихо погружается в черную дыру. В конце концов, согласно сложившейся картине, черная дыра? кроме оказания своего гравитационного притяжения? пассивный получатель массовых пожертвований.
Первые реалистичные расчеты команды о попадании вещества в черные дыры сильно противоречат многим из этих ожиданий. Например, они показывают, что жизнь в окрестностях черной дыры совсем не тихая и спокойная. Вместо этого релятивистские эффекты, которые заставляют вещество погружаться внутрь, увеличивают случайные движения внутри жидкости, создавая сильные возмущения в плотности, скорости и напряженности магнитного поля, направляя волны вещества и магнитного поля туда-сюда. Это насилие может иметь наблюдаемые последствия, по словам одного из руководителей исследовательской группы Хоули.
«Как и любая жидкость, перемешанная с турбулентностью, вещество, находящееся непосредственно за пределами черной дыры, нагревается. Это дополнительное тепло дает дополнительный свет, который астрономы на Земле могут видеть », - сказал Хоули. «Одной из отличительных черт черных дыр является то, что их световой поток меняется.
Хотя это известно уже более 30 лет, до сих пор не было возможности изучить происхождение этих вариаций. Сильные вариации в отоплении? теперь считается естественным побочным продуктом магнитных сил вблизи черной дыры? предложить естественное объяснение постоянно меняющейся яркости черных дыр ».
Одним из самых ярких свойств черной дыры является ее способность выбрасывать струи при скорости, близкой к скорости света. Хотя давно ожидалось, что магнитные поля имеют решающее значение для этого процесса, последние результаты моделирования впервые показывают, как поле может быть вытеснено из аккрецирующего газа для создания такой струи.
Возможно, самый удивительный результат нового компьютерного моделирования команды состоит в том, что магнитные поля, возникающие рядом с вращающейся черной дырой, также связывают вращение отверстия с веществом, вращающимся дальше, точно так же, как трансмиссия автомобиля соединяет вращающийся двигатель с осью. Кролик говорит: «Если чёрная дыра рождается очень быстро, её« поездная шина »может быть настолько мощной, что ее захват дополнительной массы вызывает замедление её вращения. Тогда прирост массы будет действовать как «губернатор», обеспечивающий ограничение космической скорости на вращениях черной дыры ».
По словам Кролика, этот «губернатор» может иметь серьезные последствия для многих наиболее ярких свойств черных дыр. Например, широко распространено мнение, что сила струи черной дыры связана с ее вращением, поэтому «ограничение скорости вращения» может определить характерную силу струй, сказал Кролик.
Это исследование, финансируемое Национальным научным фондом, публикуется в серии из четырех статей в Астрофизическом журнале. ((De Villiers и др., 2003, ApJ 599, 1238; Hirose и др., 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers и др., ApJ 620, 879; Krolik и др., Апрель 2005, ApJ в печати.)) Моделирование было выполнено. в поддерживаемом NSF суперкомпьютерном центре Сан-Диего. Исследовательская группа также включала Shigenobu Hirose, также из Johns Hopkins.
Первоначальный источник: пресс-релиз JHU
