Czarne otwory mogą wyciekać więcej energii do swojego otoczenia niż wcześniej podejrzewano – a im szybciej te puste przestrzenie obracają się, tym bardziej wydajna jest ta ekstrakcja energii.
Mając to na uwadze, zespół naukowców odkrył, jak wirują dyski gazu i kurzu Czarne dziury może stać się potężnymi silnikami elektrowni galaktycznych. Oto, co to znaczy.
Od 1977 r. Naukowcy teoretyzowali, że energia pochodzi przede wszystkim z obrotów czarnych dziur ze względu na pól magnetycznych obiektów Wysokoenergetyczne odrzutowce cząstek To wybuchają z biegunów obiektów według procesu zwanego efektem „Blandford-ZNAjek (BZ)”. Jednak naukowcy nie byli pewni wielu rzeczy związanych z tym procesem, takich jak to, co określa ilość energii, która się przekształca.
Próbując rozwiązać te pytania, zespół badawczy symulował działanie tak zwanego Dysk akrecyjny wokół Supermasywna czarna dziura; Ta symulacja może nie tylko przyznać kluczowe informacje na temat złożonej fizyki wokół czarnych dziur, ale ma moc potencjalnie na nowo zdefiniowania naszego zrozumienia roli supermasywnych czarnych dziur w kształtowaniu całej galaktyki.
„Od dawna wiadomo, że nieograniczona gaz może wydobyć energię spinową z czarnej dziury”, Jason Dexter, członek zespołu i badacz z University of Colorado, Boulder powiedział w oświadczeniu. „Zwykle zakładamy, że jest to ważne dla zasilania dysz”.
Dokonując bardziej precyzyjnych pomiarów, powiedział Dexter, nowe badania jego zespołu sugerują, że znacznie więcej energii wyodrębniono z czarnych dziur niż wcześniej znane.
„Ta energia może być promieniowana jako światło lub może powodować przepływ gazu na zewnątrz” – kontynuował Dexter. „Tak czy inaczej, wyodrębniona energia spinowa może być ważnym źródłem energii do oświetlenia regionów w pobliżu czarnej dziury Horizon wydarzenia. “
Naukowcy studiują czarne dziury i ich interakcje z otaczającymi galaktykami od dziesięcioleci. Celem było odkrycie, w jaki sposób supermasywne czarne dziury w serca Aktywne jądra galaktyczne (AGN) i bliskie odrzutowce. AGN są często tak jasne, że przyćmiają połączone światło każdej gwiazdy w galaktykach wokół nich, a to wymaga dużo energii – energii, która musi gdzieś pochodzić.
Wiele z tych wcześniejszych badań koncentrowało się na źródłach o niskiej luminoczności z „przepływami akrecyjnymi” przypominającymi kulę, karmiąc czarne otwory. To dlatego, że modelowanie teoretycznie niestabilnych i cienkich, ale bardzo gęste i wysoce magnetyzowane dyski W AGN o wyższej luminosicie.
To, jakie badania zostały przeprowadzone w tych systemach, sugerują, że silne pola magnetyczne mogą pomóc w ustabilizowaniu tych dysków, ale w takim przypadku nie jest jasne, jaką rolę te pola wówczas odgrywają w ekstrakcji energii i tworzeniu strumienia.
„Chcieliśmy zrozumieć, jak działa ekstrakcja energii w tych wysoce magnetyzowanych środowiskach” – powiedział w oświadczeniu Prasun Dhang, członek zespołu i badacz doktorantów z University of Colorado, Boulder.
Zaawansowany model komputerowy zastosowany przez zespół, nazwał 3D ogólny relatywistyczny magnetohydrodynamiczny (GRMHD), symuluje fizykę przegrzanego gazu lub „plazmy” w zakrzywiony tkanina czasoprzestrzeni i region wysokiej grawitacji wokół czarnych dziur.
To pozwoliło badaczom zaobserwować, w jaki sposób pól magnetycznych oddziaływała z czarnymi otworami wirującymi przy różnych prędkościach, szczególnie patrząc na wydajność ekstrakcji energii.
„Celem było sprawdzenie, w jaki sposób strumień magnetyczny gwintowanie czarnej dziury wpływa na ekstrakcję energii i czy prowadzi do tworzenia strumieni” – powiedział Dhang.
Symulacje ujawniły, że od 10% do 70% energii wyodrębnionej z spinu czarnych otworów skierowano do jego dżetów w procesie BZ.
„Im wyżej [faster] Im spin, tym więcej energii może uwolnić czarna dziura – kontynuował Dhang.
Reszta energii wyodrębnionej z wirowania czarnej dziury (ale nie kierowanej do strumieni) była albo wchłonięta przez dysk akrecyjny, albo rozpraszany jako ciepło.
Zespół stwierdził również, że siła pola magnetycznego zwiększyła jasność dysku akrecyjnego Czarnej Dziury. To może wyjaśniać, dlaczego niektóre AGN są znacznie jaśniejsze niż przewidywane przez modele teoretyczne.
„Niewykorzystana energia w pobliżu czarnej dziury może podgrzać dysk i przyczynić się do korony” – powiedział Dhang.
Zespół zamierza teraz przeprowadzić dalsze symulacje i lepiej zrozumieć, w jaki sposób Coronas może tworzyć się wokół czarnych dziur.
Badania zespołu zostały opublikowane 14 lutego w The Astrophysical Journal.
