Mengapa lubang hitam memiliki jet dan disk akresi?

11

Jika lubang hitam supermasif memiliki gravitasi yang diperlukan untuk mencegah pelepasan foton dan partikel massa lainnya, mengapa jet dan cakram akresi terbentuk?

Mereka tampaknya menunjukkan bahwa ada sesuatu yang keluar dari lubang hitam, sementara matematika dan fisika tampaknya memberi tahu kita bahwa ini tidak mungkin.

Tampaknya lubang hitam supermasif hanya memberikan gravitasi pada diri mereka sendiri.

black-hole supermassive-black-hole

— Naftuli Kay
sumber

Saya memiliki sedikit pemahaman tentang lubang hitam, tetapi mungkin disk akresi adalah efek lain yang dihasilkan oleh konservasi momentum sudut? Sama seperti disk protoplanet, galaksi, dan sebagainya.

— Arne

14

Ketika datang ke disk akresi, tidak ada yang keluar dari lubang hitam. Itu hanya masalah mengorbit, meskipun itu berputar sedikit demi sedikit dengan cara diseret. Bahkan pada gravitasi tinggi, kemampuan untuk mengorbit di sekitar benda besar masih ada. Gaya gravitasi sudah "habis" untuk menyebabkan mengorbit (yang merupakan gaya sentripetal), jadi tidak perlu gas jatuh.

Adapun jet, sejauh yang saya tahu tidak ada penjelasan tunggal (saya tidak yakin ini). Salah satu penjelasan kandidat adalah proses Blandford-Znajek ¹

Gambar berikut ini dari Black Holes and Time Warps: Einstein Outrageous Legacy , oleh Kip S. Thorne :

masukkan deskripsi gambar di sini

Pada dasarnya, sebagian besar lubang hitam berputar, dan kadang-kadang rotasi yang intens dapat menyebabkan kekuatan yang mengatasi gravitasi, bahkan oleh beberapa urutan besarnya.

Ketika sebuah lubang hitam berputar, garis-garis medan magnet berlabuh padanya ² berputar bersamanya. Plasma (dari piringan akresi) kemudian dilempar keluar sepanjang garis-garis ini, mirip dengan apa yang terjadi ketika Anda meletakkan marmer dalam cangkir berbentuk kerucut dan memutarnya. Ini digambarkan dalam gambar pertama.

Pada gambar kedua, arus melewati garis-garis medan (saya tidak mengerti yang ini dan juga yang pertama, namun tulisan ini memiliki penjelasan yang masuk akal ), mempercepat plasma dengan mekanisme yang mirip dengan railgun elektromagnetik . Ini adalah cara lain untuk membuat jet.

Perhatikan bahwa energi di sini berasal dari energi rotasi BH, bukan energi massa "isi" BH (yang hilang ke alam semesta kecuali kita anggap radiasi Hawking)

(Saya akan melihat lebih dekat pada kertas ketika saya punya waktu dan memperbarui jawabannya sesuai. Komentar dihargai)

^{1. Blandford, RD, & Znajek, RL (1977). Ekstraksi elektromagnetik energi dari Kerr lubang hitam. Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society, 179, 433-456.}

^{2. Meskipun teorema tanpa rambut melarang lubang hitam telanjang dari memiliki garis medan magnet, yang memiliki disk akresi mungkin memilikinya karena garis medan tidak dapat "lepas" melalui disk.}

— Manishearth
sumber

Radiasi Hawking berasal dari luar radius Schwarzschild, jadi tidak ada yang meninggalkan BH; itu dimusnahkan oleh anti partikel.

— LDC3

Mungkin patut disebutkan bahwa jet terjadi pada objek yang berbeda dan pada skala yang berbeda: protostars, bintang neutron, lubang hitam, inti galaksi aktif, dll. Dengan demikian, ini tampaknya menjadi fenomena universal.

— Hartmut Braun

3

Disk akresi adalah benda yang mengorbit di sekitar lubang hitam saat jatuh ke dalamnya. Atau mungkin saja partikel-partikel itu berada dalam semacam orbit di sekitar lubang hitam. Disk ini akan berada di luar horizon peristiwa sehingga tidak benar-benar "di" lubang hitam.

Jet-jet itu dibentuk dengan cara yang serupa. Partikel yang berputar ke dalam lubang hitam menghasilkan radiasi yang tampaknya "dipancarkan" oleh lubang hitam.

Hal-hal hanya tampak keluar dari lubang hitam tetapi mereka benar-benar terjadi di luar cakrawala peristiwa. Disk dan jet dibentuk oleh interaksi partikel ketika mereka bergerak di sekitar lubang hitam dan memasuki horizon peristiwa.

— Schleis
sumber