Źródło zdjęcia: JHU
Przez ponad 30 lat astrofizycy wierzyli, że czarne dziury mogą połykać pobliską materię i w rezultacie uwalniać ogromną ilość energii. Jednak do niedawna mechanizmy zbliżające materię do czarnych dziur były słabo poznane, przez co badacze zastanawiali się nad wieloma szczegółami tego procesu.
Teraz jednak symulacje komputerowe czarnych dziur opracowane przez naukowców, w tym dwie na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, odpowiadają na niektóre z tych pytań i podważają wiele powszechnie przyjętych założeń dotyczących natury tego zagadkowego zjawiska.
„Dopiero niedawno członkowie zespołu badawczego? John Hawley i Jean-Pierre De Villiers, obaj z University of Virginia? stworzył program komputerowy wystarczająco silny, aby śledzić wszystkie elementy akrecji w czarnych dziurach, od turbulencji i pól magnetycznych po relatywistyczną grawitację ”- powiedział Julian Krolik, profesor Wydziału Fizyki i Astronomii Henry'ego A. Rowlanda w Johns Hopkins i - lider zespołu badawczego. „Programy te otwierają nowe okno na skomplikowaną historię o tym, jak materia wpada do czarnych dziur, po raz pierwszy ujawniając, jak splątane pola magnetyczne i grawitacja Einsteina łączą się, aby wycisnąć ostatni wybuch energii z materii skazanej na nieskończone uwięzienie w czarnej otwór."
W pobliżu zewnętrznej krawędzi czarnej dziury, gdzie rozkład grawitacji Newtona załamuje się, zwykłe orbity nie są już możliwe. W tym momencie ? a może tak sobie wyobrażano przez ostatnie trzy dekady? materia wnika szybko, płynnie i cicho do czarnej dziury. W końcu, zgodnie z dominującym obrazem, czarna dziura? oprócz wywierania siły grawitacji? jest biernym odbiorcą masowych darowizn.
Pierwsze realistyczne obliczenia zespołu polegające na wpadaniu materii w czarne dziury silnie zaprzeczają wielu z tych oczekiwań. Pokazują na przykład, że życie w pobliżu czarnej dziury nie jest niczym więcej niż ciszą i spokojem. Zamiast tego, relatywistyczne efekty, które zmuszają materię do zanurzenia się w środku, zwiększają losowe ruchy w płynie, tworząc gwałtowne zaburzenia gęstości, prędkości i siły pola magnetycznego, napędzające fale materii i pole magnetyczne tam iz powrotem. Przemoc może mieć obserwowalne konsekwencje, jak twierdzi współprzewodniczący zespołu badawczego Hawley.
„Podobnie jak każdy płyn, który został wprawiony w turbulencje, materia bezpośrednio poza krawędzią czarnej dziury jest ogrzewana. To dodatkowe ciepło tworzy dodatkowe światło, które astronomowie na Ziemi widzą - powiedział Hawley. „Jedną z cech czarnych dziur jest to, że ich moc świetlna jest różna.
Chociaż wiadomo o tym od ponad 30 lat, do tej pory nie było możliwe zbadanie pochodzenia tych odmian. Gwałtowne zmiany w ogrzewaniu? teraz postrzegany jako naturalny produkt uboczny sił magnetycznych w pobliżu czarnej dziury? oferują naturalne wyjaśnienie stale zmieniającej się jasności czarnych dziur ”.
Jedną z najbardziej uderzających właściwości czarnej dziury jest jej zdolność do wydalania dżetów z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Chociaż od dawna oczekiwano, że pola magnetyczne są kluczowe dla tego procesu, najnowsze symulacje pokazują po raz pierwszy, jak pole może zostać wydalone z gazu akrecyjnego w celu utworzenia takiego strumienia.
Być może najbardziej zaskakującym rezultatem nowych symulacji komputerowych zespołu jest to, że pola magnetyczne doprowadzone w pobliżu obracającej się czarnej dziury również łączą obrót dziury z materią krążącą dalej, w taki sam sposób, w jaki przekładnia samochodowa łączy obrotowy silnik z osią. Mówi Krolik: „Jeśli czarna dziura rodzi się bardzo szybko i wiruje, jej„ układ napędowy ”może być tak silny, że przechwycenie dodatkowej masy powoduje spowolnienie obrotu. Akrecja masy działałaby wówczas jak „gubernator”, egzekwując kosmiczne ograniczenie prędkości podczas obrotów czarnej dziury ”.
Według Krolika ten „gubernator” może mieć silne implikacje dla wielu najbardziej uderzających właściwości czarnych dziur. Powszechnie uważa się na przykład, że siła strumienia czarnej dziury jest związana z jego wirowaniem, więc „ograniczenie prędkości wirowania” może określać charakterystyczną siłę dżetów, powiedział Krolik.
Badania finansowane przez National Science Foundation są publikowane w serii czterech artykułów w The Astrophysical Journal. ((De Villiers i in. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose i in. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers i in. ApJ 620, 879; Krolik i in. Kwiecień 2005 ApJ w prasie.)) Przeprowadzono symulacje w obsługiwanym przez NSF superkomputerze San Diego. Zespół badawczy obejmował również Shigenobu Hirose, również Johns Hopkins.
Oryginalne źródło: JHU News Release
