Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
20 октября 2018, суббота, 15:33
Facebook Twitter VK.com Telegram

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

31 января 2018, 10:00

Джеты и вращение черных дыр

Иллюстрация пресс-службы МФТИ

В лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной Московского физико-технического института разработали модель, позволяющую проверить одну из гипотез, описывающую взаимодействие сверхмассивных черных дыр в центрах галактик с испускаемыми ими струями — джетами. Модель позволяет по измеренному магнитному полю джета предсказать потери вращательной энергии испускающей его черной дыры. Работа опубликована в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, кратко о ее результатах рассказывается в пресс-релизе МФТИ.

Сегодня астрофизики могут наблюдать сотни джетов — мощных струй, вырывающихся со скоростями, близкими к скорости света (релятивистскими), из ядер активных галактик — сверхмассивных черных дыр. Их размеры огромны даже на фоне других астрономических объектов — длина джета может достигать нескольких процентов радиуса галактики, и быть примерно в 300 тысяч раз больше размера испускающей его черной дыры. Эти объекты позволяют заглянуть в глубокое прошлое Вселенной. Однако у ученых до сих пор остается большое количество вопросов к их устройству. Доподлинно неизвестно даже из чего состоят джеты, поскольку при их наблюдении не регистрируются какие-либо спектральные линии — на сегодня принято считать, что они состоят из электронов и позитронов или протонов. Впрочем, из отдельных крупиц достоверных знаний постепенно складывается непротиворечивая модель этих удивительных объектов.

Вращающиеся черные дыры с аккреционным диском (движущимся вокруг центрального тела веществом), рождающие джеты, считаются самыми эффективными двигателями. КПД джетов, которые выбрасываются активными ядрами галактик, порой превышают 100%, если рассчитать эффективность системы «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. Оказывается, что в энергию джета дает свой вклад процесс замедления вращения черной дыры. То есть, испуская джет, черная дыра едва заметно тормозит свое вращение.

Можно провести аналогию с электровелосипедом, который приводится в движение не только мускульными усилиями ездока, то есть внешним фактором (как энергия аккрецируемого вещества), но также встроенным электромотором — внутренним источником (как энергия вращения черной дыры).

Джет позволяет черной дыре избавиться от избыточного вращательного момента, который она получает от аккрецируемого вещества, вращающегося с высокой скоростью. Аналогичные эффекты астрофизики давно наблюдают в молодых звездах. В процессе формирования на звезду оседает вещество аккреционного диска, обладающее гигантским угловым моментом. При этом наблюдаемая скорость вращения таких звезд очень мала. И весь избыточный вращательный момент уходит в узкие джеты, испускаемые этими звездами.

Сравнительно недавно у астрофизиков появился метод, с помощью которого можно определять магнитное поле в джетах активных ядер галактик. Астрофизик Елена Нохрина показала, что с помощью этого метода можно оценить наличие энергетического вклада от замедления вращения черной дыры в общую 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 полученных из наблюдений. При этом важный параметр, определяющий темп потерь вращательной энергии черной дыры – скорость ее вращения – не удается пока достоверно оценить по наблюдениям.

 

Сверхмассивная черная дыра, окруженная аккреционным диском, испускает джет. Иллюстрация пресс-службы МФТИ

Черная дыра не может иметь собственного магнитного поля. Но вокруг нее создается вертикальное магнитное поле, связанное с магнитным полем вещества аккреционного диска. Для оценки потерь черной дырой энергии вращения нужно выяснить величину потока магнитного поля, проходящего через горизонт черной дыры.

«Поскольку магнитный поток сохраняется, то, измеряя его величину в джете, мы получим поток магнитного поля вблизи черной дыры. Зная массу черной дыры, можно вычислить расстояние от оси ее вращения до горизонта событий (условной границы черной дыры), тогда становится возможным оценить разность потенциалов между осью вращения и границей черной дыры. Получить величину электрического тока вблизи черной дыры можно из условия экранирования электрического поля в окружающей плазме. Зная ток и разность потенциалов, можно оценить энергетические потери вращения черной дыры», — рассказывает автор работы, заместитель руководителя лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ Елена Нохрина.

Проделанные расчеты указывают на корреляцию величины полной мощности испускаемого черной дырой джета с потерями вращательной энергии черной дыры. Стоит отметить, что до недавнего времени для простоты в моделях использовалась однородная поперечная структура джетов. Для более корректных оценок была использована модель, учитывающая неоднородную поперечную структуру магнитного поля джета.

Поперечная структура магнитного поля джета. Иллюстрация пресс-службы МФТИ

В случае далеких галактик наблюдаемая картина магнитного поля джета выглядит достаточно размыто — для большинства джетов поперечная структура не видна. Поэтому экспериментально измеренное магнитное поле сопоставляется с его модельной поперечной структурой для оценки величин компонентов магнитного поля. Именно учет поперечной структуры позволяет проверить механизм потерь без информации о скорости вращения черной дыры.

Переносимое джетом количество энергии, согласно рассмотренной гипотезе, зависит от потока магнитного поля и скорости вращения черной дыры. Таким образом, можно оценить вклад в мощность джета потерь вращательной энергии черной дырой. Замечательным результатом этой теоретической работы стала возможность получить оценку потери вращательной энергии черной дырой, измеряя магнитное поле в джете, без информации о скорости вращения черной дыры.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея акустика Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Африка бактерии бедность библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса Византия викинги вирусы военная полиция Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление гравитация грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам исламизм история история искусства история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология Курская область лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна льготы мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования Международный арбитражный суд в Гааге местное самоуправление Металлургия метеориты микробиология микроорганизмы Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика перевод персональные данные планетология погода подготовка космонавтов политика право преподавание истории приматы продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Российская империя Русал русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа эволюция экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.