ทำไมหลุมดำจึงมีไอพ่นและดิสก์สะสมมวลสาร?

หากหลุมดำมวลมหาศาลมีแรงโน้มถ่วงที่จำเป็นในการป้องกันการหลบหนีของโฟตอนและอนุภาคมวลอื่น ๆ ทำไมเครื่องบินไอพ่นและดิสก์สะสมมวลเกิดขึ้น?

พวกเขาดูเหมือนจะบ่งบอกว่ามีอะไรบางอย่างออกมาจากหลุมดำในขณะที่คณิตศาสตร์และฟิสิกส์ดูเหมือนจะบอกเราว่ามันเป็นไปไม่ได้

ดูเหมือนว่าหลุมดำมวลมหาศาลจะออกแรงโน้มถ่วงเข้าหาตัวเองเท่านั้น

เมื่อพูดถึงดิสก์สะสมเสียงไม่มีอะไรออกมาจากหลุมดำ นั่นเป็นเพียงการโคจรของสสารแม้ว่ามันจะหมุนวนไปรอบ ๆ โดยการลากเฟรม แม้จะมีแรงโน้มถ่วงสูงความสามารถในการโคจรรอบวัตถุขนาดใหญ่ก็ยังคงมีอยู่ แรงโน้มถ่วงกำลังถูก "หมด" เพื่อทำให้เกิดการโคจร (มันหมายถึงแรงสู่ศูนย์กลาง) ดังนั้นจึงไม่จำเป็นที่ก๊าซจะตกลงมา

สำหรับเจ็ตส์เท่าที่ฉันสามารถบอกได้ว่าไม่มีคำอธิบายเดียว (ฉันไม่แน่ใจในเรื่องนี้) คำอธิบายผู้สมัครคนหนึ่งคือกระบวนการBlandford-Znajek ¹

ภาพต่อไปนี้มาจากหลุมดำและเวลาประลอง: มรดกอันชั่วร้ายของ Einsteinโดย Kip S. Thorne :

โดยทั่วไปแล้วหลุมดำส่วนใหญ่จะหมุนและบางครั้งการหมุนที่รุนแรงสามารถทำให้เกิดแรงที่เอาชนะแรงโน้มถ่วงได้แม้จะมีขนาดเล็กก็ตาม

เมื่อหลุมดำหมุนสนามแม่เหล็กจะยึดเส้น²เส้นไว้กับมัน พลาสมา (จากดิสก์สะสมมวลสาร) จะพุ่งออกมาตามเส้นเหล่านี้คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณวางหินอ่อนลงในถ้วยรูปกรวยแล้วหมุน นี่คือภาพในภาพแรก

ในภาพที่สองผ่านปัจจุบันผ่านเส้นสนาม (ผมไม่เข้าใจว่าคนนี้เช่นเดียวกับครั้งแรก แต่โพสต์นี้มีคำอธิบายที่เหมาะสม ) เร่งพลาสม่าที่มีกลไกคล้ายกับRailgun แม่เหล็กไฟฟ้า นี่เป็นอีกวิธีในการสร้างเจ็ตส์

โปรดทราบว่าพลังงานที่นี่มาจากพลังงานการหมุนของ BH ไม่ใช่พลังงานมวลของ "เนื้อหา" ของ BH (ซึ่งหายไปกับจักรวาลยกเว้นว่าเราพิจารณาการแผ่รังสีฮอว์คิง)

(ฉันจะต้องดูที่กระดาษเมื่อฉันมีเวลาและปรับปรุงคำตอบตามความเห็นชื่นชม)

^{1. Blandford, RD, & Znajek, RL (1977) การสกัดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากหลุมดำเคอร์ ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์แห่งชาติ, 179, 433-456}

^{2. ในขณะที่ทฤษฎีที่ไม่มีผมห้ามไม่ให้มีหลุมดำเปลือยจากการวางตัวของเส้นสนามแม่เหล็กหนึ่งที่มีดิสก์มวลรวมอาจมีพวกเขาเป็นเส้นสนามไม่สามารถ "หลบหนี" ผ่านดิสก์}

ดิสก์สะสมมวลสารคือสิ่งที่โคจรรอบหลุมดำเมื่อมันตกลงไป หรือเป็นไปได้ว่าอนุภาคนั้นอยู่ในวงโคจรรอบ ๆ หลุมดำ แผ่นดิสก์นี้จะอยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ดังนั้นมันจึงไม่ใช่ "ใน" หลุมดำ

เครื่องบินไอพ่นนั้นเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน อนุภาคที่หมุนเข้าไปในหลุมดำจะสร้างรังสีซึ่งดูเหมือนจะถูกปล่อยออกมาจากหลุมดำ

ดูเหมือนจะมีสิ่งต่าง ๆ ออกมาจากหลุมดำเท่านั้น แต่เกิดขึ้นนอกขอบเขตเหตุการณ์ แผ่นดิสก์และเครื่องบินไอพ่นเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของอนุภาคขณะที่มันเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ หลุมดำและเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์