Як може надмасивна чорна діра викликати стільки енергії для просвітлення своєї речовини, коли її масивна сила тяжіння перешкоджає виходу світла?

Навести статтю в німецькій газеті Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

Das Materie-Monster sitzt den Angaben zufolge im Herzen der 42 Millionen Lichtjahre entfernten Polarring-Galaxie NGC 660, deren Aktivität innerhalb weniger Monate Hunderte Чоловіча ненависна капела.

Erst wenn die Massemonster große Mengen Materie verschlucken, werden sie aktiv. Bei diesem Prozess wird so viel Energie frei, dass die Materiale hell aufleuchtet, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet und ein Teil von ihr у Form von Jets weit ins Weltall hinaus geschleudert wird.

Це приблизно означає:

Згідно з даними, монстр перебуває в середині 42 мільйонів світлових років далеко від полярної кільцевої галактики NGC 660, активність якої значно зросла лише за кілька місяців.

Тільки коли ці монстри поглинають велику кількість речовини, вони стають активними. Цей процес звільняє стільки енергії, що він яскраво просвітлює справу, перш ніж він зникне всередині чорної діри. Частина речовини викидається у Всесвіт у вигляді струменів.

Мій вчитель фізики одного разу сказав мені, що чорна діра - це просто дуже маленький і важкий предмет, який має стільки тяжкості, що ніщо, навіть світло, не може вирватися з його сили тяжіння. Це пояснення також підтримується цією SE.astronomy. Якщо нічого не рухається зі швидкістю світла, крім світла, як чорна діра також може тягнути світло в себе? питання.

• Якщо "нормальна" (не надмасивна) чорна діра вже може перешкодити виходу світла, то як матерія, яка потрапила в чорну діру, може виробляти енергію / світло, які не можуть уникнути тяжкості чорної діри?

• Як супермасивна чорна діра зможе витягти матерію, але не світлі фотони енергії?

• Додатково: Чому частина речовини, яка втягується у чорну діру, потрапляє (тобто прискорюється ) у Всесвіт? Я розумію, чому ця справа може бути розділена - прискорення збільшується, наскільки я знаю квадратичне, тобто різниці у відношенні фактичного прискорення, залежно від місця розташування, можуть бути настільки величезними, що справа не може бути утримана разом. Але я не розумію, чому частина речовини прискорюється в прямо протилежному напрямку, як потрібна сила, більша, ніж сила тяжіння надмасивної чорної діри. Отже: Чому частина речовини прискорюється в протилежному напрямку (тобто з гравітації чорної діри), ніж інша частина?

Примітка: Моя фізична освіта досить обмежена. Я знаю трохи про ньютонівську гравітацію і трохи про теорію збереження енергії. Але це все, що я знаю про фізику.

Цілком правильно, що чорна діра має таку масу, що світло не може вийти з області навколо чорної діри. Край цього регіону називають горизонтом подій. Якщо ви перетнете горизонт події, ви ніколи не повернетесь. Це стосується і світла, і матерії.

Навколо чорної діри на орбіті може бути речовина. Оскільки Чорна діра володіє такою сильною силою тяжіння, швидкість обертання речовини буде дуже швидкою. Насправді це буде близько до швидкості світла. Ця висока швидкість дає їй багато енергії. Матеріал утворить диск, який називається накопичувальним диском, навколо чорної діри, і зіткнення на цьому диску призведе до нагрівання речовини до мільйонів градусів. При цих температурах диск буде світитися рентгенівськими променями.

На частині диска, найближчої до чорної діри, матерія буде потрапляти з диска, але, перш ніж дістатися до чорної діри, вона може отримати достатньо енергії, щоб викинутись з дуже великою швидкістю, близькою до швидкості світла. Він викидається під прямим кутом до диска, на полюсах чорної діри. Це «струмені». Вздовж цих струменів виробляється інтенсивне випромінювання. Блазари - це далекі надмасивні чорні діри зі струменями, які спрямовані прямо на нас.

Отже, сама чорна діра "чорна", але справа навколо неї може бути дуже яскравою.

Світло надходить добре за горизонт подій чорної діри.

Матерія не може потрапити в чорну діру, не попередньо втративши більшу частину свого кутового імпульсу (інакше вона просто продовжить орбіту чорної діри). Це досягається зовнішнім перенесенням імпульсу кута в'язкістю (та іншими способами) в накопичувальний диск, що оточує чорну діру.

Коли речовина наближається до чорної діри, вона також втрачає гравітаційну потенційну енергію, і це переходить у (i) нагрівання газу та (ii) випромінювання від газу.

Приблизно в 3 рази більше радіуса Шварцшильда чорної діри, матерія стикається з найглибшою стійкою круговою орбітою , яка є найближчою до того, що будь-що з масою може зробити стабільну орбіту навколо чорної діри. Зазвичай прийнято вважати, що звідти матеріал падає в чорну діру і «втрачається» з нашого Всесвіту - збільшуючи масу чорної діри.

Таким чином, все випромінювання виходить з орбітального матеріалу, що принаймні в 3 рази перевищує радіус Шварцшильда від чорної діри. Немає проблеми з тим, щоб світло "втік" з цього положення, хоча воно сильно перемещене як силою тяжіння, так і поперечним релятивістським ефектом доплерів.

Питання про "струмені" було висвітлено ще одним питанням: Чому в чорних дірах є струмені та накопичувальні диски?

Інший спосіб сказати це - подумати, чому планети чи супутники, що рухаються на орбіті свого батька, не потрапляють до них. Аналогічно шматки речовини кружляють навколо чорної діри. Внаслідок високої енергії їх інерції вони випромінюють певну енергію, протиставляючи її частинкам. Так вони проливають якусь масу у вигляді світла.

Важливо, щоб ми усвідомлювали, що саме енергія з правильним імпульсом (і напрямком, і швидкістю) готує частинку до виходу з лап сили тяжіння. Таким чином , якщо частка світла має досить енергії і рухається в правильному напрямку , він буде бігти зі своєї зовнішньої орбіти за горизонт подій, як правило , в струменях.

Світло, що випромінюється від таких струменів, має величезну енергію і зазвичай спостерігається в гамма-спектрі. Якщо вас цікавить, як ці випромінювані струмені можуть бути використані для вивчення чорної діри або загальної фізики частинок високої енергії, подивіться, Астрономія гамма-променів дуже високої енергії. Є цілі класи об’єктів, які випромінюють VHE гамма-фотони та інші інтригуючі речі.