الفلك

كيف يكتسب الثقب الأسود المتراكم المجالات المغناطيسية؟

كيف يكتسب الثقب الأسود المتراكم المجالات المغناطيسية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يوجد في الواقع سؤال مشابه على هذا الموقع: هل تستطيع المغناطيسية الهروب من الثقب الأسود ؟، لكن الإجابات لا تركز على التراكم ، وهو شاغلي الرئيسي ، لذلك أبدأ واحدًا جديدًا.

في كتاب كيب ثورن الثقوب السوداء و Time Warps: إرث آينشتاين الفظيع، هناك فقرة في الفصل 9 ، تصف كيف يكتسب الثقب الأسود المركزي لكوازار (أو مجرة ​​راديوية) مجالًا مغناطيسيًا من خلال التراكم:

من أين تأتي خطوط المجال المغناطيسي هذه؟ من القرص نفسه. كل الغازات الموجودة في الكون ممغنطة ، على الأقل قليلاً ، وغاز القرص [التراكمي] ليس استثناءً. وبما أن غاز القرص يتراكم شيئًا فشيئًا في الفتحة ، فإنه يحمل معه خطوط مجاله المغناطيسي. عند الاقتراب من الحفرة ، ينزلق كل جزء من الغاز على خطوط مجاله المغناطيسي وعبر الأفق ، تاركًا خطوط الحقل وراءه ، ويخرج من الأفق ويخيطه [...]. يجب أن تستخرج خطوط مجال الخيوط هذه ، المحصورة بشدة بواسطة القرص المحيط ، طاقة دوران الثقب بواسطة عملية Blandford-Znajek.

لسوء الحظ ، لا يبدو هذا الوصف واضحًا بالنسبة لي (على الرغم من أن Thorne بشكل عام ممتاز في شرح الأشياء في جميع أنحاء الكتاب). على وجه التحديد ، لا يمكنني الحصول على صورة للغاز "ينزلق" لخطوط مجاله المغناطيسي عبر أفق الحدث ، بينما يجعل المجال المغناطيسي "يبرز" من الأفق في نفس الوقت. وهنا لا يبدو أن ثورن يشير إلى أي أوراق بحثية أصلية لمزيد من الدراسة.

إذن ، أسئلتي هي:

(1) هل لا يزال علماء الفلك اليوم يعتقدون أن تراكم القرص هو العملية الرئيسية التي من خلالها تكتسب الثقوب السوداء فائقة الكتلة مجالًا مغناطيسيًا؟

(2) إذا كانت الإجابة على (1) هي "نعم" ، فكيف يمكنني بناء الصورة (إذا كانت هناك مثل هذه الصورة) التي يحاول ثورن نقلها في فقرته؟

(3) هل هناك أي ورقة بحثية تتناول هذه المشكلة بشيء من التفصيل؟

نقدر أي مساعدة!


عنونة (2) و (3) أولاً:

في مثل هذه الحالة ، فإن أفضل خيار لك هو الانتقال مباشرة إلى المصدر. في هذه الحالة ، سيكون هذا هو Blandford & Znajek (1977) ، المنشئين للآلية المقترحة. لديهم العديد من الأشكال المتعلقة بهياكل الغلاف المغناطيسي المختلفة اعتمادًا على المجالات المغناطيسية المختلفة. ومع ذلك ، فإن أهمها هو الشكل 1 ، الحالة العامة:

يمثل $ D $ قرص التراكم ، بينما $ T $ هي منطقة الانتقال حيث تتحرك المادة بسرعة شعاعيًا نحو الثقب الأسود. تمثل الخطوط خطوط المجال المغناطيسي ، والتي على طولها الجسيمات المشحونة. الإلكترونات (على سبيل المثال-) السفر في اتجاه الأسهم المتوسطة في كل خط ميداني ؛ البوزيترونات (مثل+) السفر في الاتجاه الآخر. تكون خطوط المجال أقرب لبعضها في منطقة القرص الأقرب للثقب الأسود ، مما يشير إلى المجال المغناطيسي الأقوى.

إذا كنت تريد نظرة عامة جيدة على العملية ، فهذه هي الورقة التي يجب إلقاء نظرة عليها. ومع ذلك ، فهي بعيدة عن أن تكون سهلة القراءة.

فيما يتعلق (1) ، أنا لست عالم فلك ولست مؤهلًا حقًا لإخباركم بالرأي السائد بين علماء الفلك. ومع ذلك ، على حد علمي ، فإن عملية بلاندفورد-زناجيك مقبولة حاليًا كاحتمال قوي لتوليد الحقول المغناطيسية المرصودة بالقرب من معظم الثقوب السوداء (بما في ذلك الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية).


طائرات الثقب الأسود ، كيف تعمل؟ مغناطيس!

في مراكز بعض المجرات الضخمة ، تعمل الثقوب السوداء الهائلة على توليد أجسام لامعة بشكل لا يصدق تسمى الكوازارات. تلتهم الثقوب السوداء المادة بسرعة كبيرة بحيث ترتفع درجة حرارة المادة المتساقطة من الاحتكاك وتنبعث منها الضوء. في حين أن قرص المادة المتراكمة هذا لامع بشكل لا يصدق من تلقاء نفسه ، فإن الثقب الأسود لديه مصدر آخر للضوء: تندلع نفاثات من أقطاب الثقب الأسود ، وتطلق الجسيمات بسرعات تقترب من سرعة الضوء. هذه النفاثات شديدة السطوع - ربما تكون أكثر إشراقًا من قرص التنامي.

ليس من المعروف على وجه اليقين ما الذي يسبب الطائرات. يُعتقد أن دوران وكتلة الثقب الأسود تتفاعل مع المجال المغناطيسي بالقرب من الثقب الأسود لتسريع الجسيمات. بينما تدعم بعض الأدلة هذا النموذج ، إلا أنه كان من الصعب اختباره ، ويرجع ذلك أساسًا إلى افتقار العلماء إلى المعرفة الكاملة بمدى سطوع أقراص التراكم. لكن دراسة جديدة لعينة من البلازارات (الكوازارات ذات النفاثات التي تشير إلى الأرض) تظهر ارتباطًا واضحًا بين قوة النفاثات وسطوع قرص التنامي. هذا يشير إلى أن المجال المغناطيسي هو عامل في إنتاج النفاثات.

قام الباحثون بفحص 217 بليزرًا باستخدام البيانات التي حصل عليها مرصد فيرمي ، بحثًا عن بعض العلاقة بين قوة النفاثات وقرص التراكم. Blazars مفيدة لأنه مع Blazar ، نحصل على ضوء مباشر من كل من قرص التراكم والطائرة ، لأن الأخير موجه نحونا. ويمكننا تحديد أيهما ، لأن الضوء المنبعث من الطائرة يكون في الغالب على شكل أشعة جاما ، بينما ينتج قرص التراكم طيف انبعاث أوسع.

اتضح أنه عندما يتم رسم سطوع النفاثات مقابل لمعان القرص ، توجد علاقة واضحة ومستقيمة ، حيث تتمتع الطائرة بقوة أكبر من سطوع القرص.

هذا يتفق مع التوقعات النظرية. يتم التحكم في لمعان القرص من خلال المعدل الذي يستهلك به الثقب الأسود مادة القرص - فكلما زادت المادة ، زادت سرعة سقوطها فيه ، وزادت سخونتها ، وزاد الضوء الذي ينتجه. نظرًا لأن القرص يحتوي أيضًا على مجال مغناطيسي يتناسب مع كمية المادة الموجودة ، فإن زيادة كمية المادة الموجودة في القرص تزيد من قوة النفث — قرص التراكم له بالفعل تأثير مغناطيسي على النفاثات.

تشير النتائج أيضًا إلى أن الطائرات فعالة بشكل لا يصدق. كتب المؤلفون في ورقتهم: "يجب أن تكون العملية التي تطلق وتسرع النفاثات فعالة للغاية". "وقد تكون الطريقة الأكثر فعالية لنقل الطاقة من محيط الثقب الأسود إلى اللانهاية."

بالطبع ، تغطي هذه الدراسة نوعًا محددًا جدًا من الكوازار ، مما يترك الكثير من العمل المستقبلي اللازم لفهم الآلية الكاملة وراء الطائرات.

وكتبوا: "تتكون عينة المصدر الخاصة بنا من بناء مصادر أشعة [جاما] المضيئة التي يُفترض أنها تحتوي على أقوى النفاثات ، وبالتالي بها أسرع فتحات غزل". "سيكون من المثير للاهتمام استكشاف المصادر المتدفقة الأقل سطوعًا ، لاكتساب نظرة ثاقبة حول الاعتماد المحتمل للقوة النفاثة على دوران الثقب الأسود واحتمال وجود حد أدنى لقيمة الدوران للطائرة."

وهذا بدوره يمكن أن يلقي بعض الضوء ، إذا جاز التعبير ، على سبب تشكل النفاثات في المقام الأول.


يمكن للحقول المغناطيسية القوية بشكل مدهش أن تتطابق مع سحب الثقوب السوداء: المجالات المغناطيسية التي تم إهمالها لفترة طويلة لها وجود غير متوقع

وجدت دراسة جديدة للثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات أن المجالات المغناطيسية تلعب دورًا مثيرًا للإعجاب في ديناميكيات الأنظمة. في الواقع ، في عشرات الثقوب السوداء التي تم مسحها ، تطابقت قوة المجال المغناطيسي مع القوة الناتجة عن سحب الجاذبية القوي للثقوب السوداء ، كما يقول فريق من العلماء من مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (مختبر بيركلي) ومعهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR) في بون ، ألمانيا. نُشرت النتائج في عدد هذا الأسبوع من طبيعة.

يقول ألكسندر تشيكوفسكوي ، الباحث في مختبر بيركلي الذي ساعد في تفسير بيانات الرصد في سياق النماذج الحسابية الحالية: "هذه الورقة لأول مرة تقيس بشكل منهجي قوة الحقول المغناطيسية بالقرب من الثقوب السوداء". "هذا مهم لأنه لم يكن لدينا أي فكرة ، والآن لدينا دليل ليس من ثقب واحد فقط ، وليس اثنين فقط ، ولكن من 76 ثقبًا أسودًا."

في السابق ، طور تشيكوفسكوي ، وهو أيضًا زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، نماذج حسابية للثقوب السوداء تضمنت مجالات مغناطيسية. اقترحت نماذجه أن الثقب الأسود يمكن أن يحافظ على مجال مغناطيسي قوي مثل جاذبيته ، ولكن لم يكن هناك دليل رصد لدعم هذا التنبؤ. مع توازن القوتين ، سيتم تجنيب سحابة من الغاز التي تم التقاطها أعلى المجال المغناطيسي سحب الجاذبية وبدلاً من ذلك سترتفع في مكانها.

تم تأكيد شدة المجال المغناطيسي من خلال أدلة من نفاثات غاز تنطلق بعيدًا عن الثقوب السوداء الهائلة. تنتج هذه النفاثات ، التي تشكلت بواسطة المجالات المغناطيسية ، انبعاث راديو. يقول محمد زمانينساب ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، الذي أجرى الدراسة أثناء وجوده في MPIfR: "لقد أدركنا أن الانبعاثات الراديوية من نفاثات الثقوب السوداء يمكن استخدامها لقياس شدة المجال المغناطيسي بالقرب من الحافظة السوداء نفسها".

كانت فرق بحثية أخرى قد جمعت سابقًا بيانات انبعاث الراديو من مجرات "الراديو العالي" باستخدام مصفوفة خط الأساس الطويل جدًا ، وهي شبكة واسعة من التلسكوبات الراديوية في الولايات المتحدة. حلل الباحثون هذه البيانات الموجودة مسبقًا لإنشاء خرائط انبعاث راديوية بأطوال موجية مختلفة. تتيح التحولات في المعالم النفاثة بين الخرائط المختلفة لهم حساب شدة المجال بالقرب من الثقب الأسود.

بناءً على النتائج ، وجد الفريق ليس فقط أن المجالات المغناطيسية المقاسة يمكن أن تكون بنفس قوة جاذبية الثقب الأسود ، ولكن أيضًا يمكن مقارنتها بقوة تلك المنتجة داخل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الموجودة في المستشفيات - ما يقرب من 10000 مرة أكبر من المجال. من الأرض نفسها.

يقول تشيكوفسكوي إن النتائج الجديدة تعني أنه يجب على المنظرين إعادة تقييم فهمهم لسلوك الثقوب السوداء. يقول: "الحقول المغناطيسية قوية بما يكفي لإحداث تغيير جذري في كيفية سقوط الغاز في الثقوب السوداء وكيف ينتج الغاز تدفقات خارجية نلاحظها ، أقوى بكثير مما يُفترض عادة". "نحن بحاجة إلى العودة وإلقاء نظرة على عارضاتنا مرة أخرى."


المجالات المغناطيسية في نفاثات الراديو القوية من الثقوب السوداء الهائلة

نفاثات الأشعة السينية من مجرة ​​Pictoris A. تم التقاط الصورة ذات التدرج الرمادي بواسطة مرصد Chandra X-ray وتكشف عن بنية الأشعة السينية المفصلة للنفاثات ، والتي تمتد على ما يقرب من مليون سنة ضوئية. تظهر الخطوط الحمراء انبعاث الراديو. خلص علماء الفلك الذين قاموا بتحليل هذه البيانات وغيرها إلى أن انبعاث الأشعة السينية يتم إنتاجه عن طريق تحريك الجسيمات المشحونة بسرعة في المجالات المغناطيسية. رصيد الصورة: ناسا / شاندرا ، هاردكاسل وآخرون. يمكن للثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مراكز المجرات أن تولد نفاثات ثنائية القطب هائلة عندما تشكل المادة في الجوار قرصًا ساخنًا متراكمًا حول الثقب الأسود. تشع الجسيمات المشحونة سريعة الحركة في النفاثات عندما تنحرف بواسطة الحقول المغناطيسية ، تم اكتشاف هذه النفاثات في موجات الراديو منذ عدة عقود. في أكثر الحالات دراماتيكية ، تتحرك الجسيمات النشطة بسرعات تقترب من سرعة الضوء وتمتد على مدى مئات الآلاف من السنين الضوئية ، إلى ما وراء الحدود المرئية للمجرة. تعتبر العمليات الفيزيائية التي تدفع هذه النفاثات وتسبب إشعاعها من بين أهم المشاكل البارزة في الفيزياء الفلكية الحديثة.

كان أحد أهم الاكتشافات غير المتوقعة لمرصد شاندرا للأشعة السينية هو أن الأشعة السينية الساطعة تنبعث أيضًا من هذه النفاثات. يتم إنتاج الأشعة السينية أيضًا من خلال تسارع الجسيمات المشحونة ، على الأقل وفقًا لبعض النماذج ، ولكن هناك آليات أخرى محتملة أيضًا. يمكن للجسيمات سريعة الحركة أن تشتت ضوء الخلفية ، مما يزيده في نطاق الأشعة السينية. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تولد الصدمات انبعاثًا للأشعة السينية (أو على الأقل جزء كبير منها) ، إما عندما تتفاعل النفاثات مع الرياح النجمية والوسط النجمي أو ، داخل الطائرة ، نتيجة لتقلبات النفاثات ، أو عدم الاستقرار ، أو الاضطراب ، أو غير ذلك. الظواهر.

درست عالمة الفلك CfA Aneta Siemiginowska وزملاؤها المجرة النفاثة الراديوية Pictoris A ، التي تقع على بعد 500 مليون سنة ضوئية تقريبًا ، باستخدام قياسات شاندرا العميقة جدًا و mdash ، استخدمت الملاحظات إجماليًا متراكمًا لأكثر من أربعة أيام من الوقت ، موزعة على أربعة عشر عامًا فترة. أتاحت هذه البيانات أول تحليل تفصيلي للطابع الطيفي للإرسال على طول النفاثات.

تبين أن الانبعاث منتظم بشكل ملحوظ في كل مكان ، وهو أمر غير مرجح للغاية إذا كان التشتت مسؤولاً ، ولكنه نتيجة طبيعية لعملية المجال المغناطيسي. لذلك يرفض العلماء نموذج التشتت لصالح الأخير. ومع ذلك ، تحتوي الطائرات داخلها على العديد من الكتل الصغيرة والهياكل الداخلية والفصوص. الصدمات و / أو التشتت تفسيرات محتملة للانبعاثات في بعض هذه الهياكل.

على الرغم من أن هذه النتائج الجديدة تمثل بعض التحسينات الهائلة في فهمنا لـ Pictoris A ، إلا أن هناك حاجة الآن إلى قياسات راديو عالية الدقة لعينة كبيرة من النفاثات المماثلة لتحسين النماذج وتوسيعها. على سبيل المثال ، تم اكتشاف نفاثات أشعة سينية واسعة النطاق أيضًا في أشباه النجوم البعيدة جدًا. ستساعد نتائج Pictoris A ، جنبًا إلى جنب مع ملاحظات Chandra المستقبلية ، علماء الفلك على تحديد مدى اعتماد هذه النفاثات البعيدة أيضًا على نفس العمليات ، أو ما إذا كانت تستدعي عمليات أخرى.


سؤال سريع. إذا توسطت الفوتونات في القوى الكهرومغناطيسية ، وكانت جميع الفوتونات محاصرة داخل BH ، فكيف يتولد المجال المغناطيسي بواسطة الثقب الأسود نفسه؟

لا يرى المراقبون أن المادة تسقط على EH ، فهل الشحنة الصافية للمادة التراكمية تولد الحقل الدائم؟

إذا كان التخمين & quotno الشعر & quot صحيحًا ، فلا يمكن أن يكون لـ BH مجال مغناطيسي جوهري مهم ، لأن مجاله المغناطيسي يتم تحديده تمامًا من خلال زخمه الزاوي وشحنته الإجمالية (التي يُتوقع أن تكون صغيرة جدًا ، وإلا فسوف تحيد نفسها بشكل انتقائي جذب جزيئات الشحنة المعاكسة). يتم إنشاء الحقل بشكل فعال عندما ينهار الثقب الأسود ويظل موجودًا بعد ذلك.

في المقابل ، يمكن أن يكون للنجم النيوتروني أو ما شابه مجال مغناطيسي أكبر بكثير من حيث الحجم ، يتم إنشاؤه بشكل فعال عن طريق التيارات المتداولة واللحظات المغناطيسية الداخلية داخل المادة المحايدة ، ولكن لا يمكن لمثل هذه التيارات أن تتدفق داخل الثقب الأسود.

هناك نظريات مفادها أنه في حالة انهيار نجم نيوتروني إلى ثقب أسود ، فإن بقايا المجال المغناطيسي السابق & quot؛ المتحجر & quot؛ يمكن أن تظل محاصرة بالقرب من أفق الحدث. قد يوفر هذا تفسيرًا للملاحظات التي تشير على ما يبدو إلى عزم مغناطيسي جوهري قوي في الجسم المركزي لكوازار ، على وجه الخصوص Q0957 + 561. هناك اختلاف في هذه الفكرة هو نظرية & quotMECO & quot (كائن مغنطيسي متدهور إلى الأبد) ، والتي تشير إلى أن الكائن لا ينهار في الواقع بسبب ضغط الإشعاع ، لذلك فهو لا يخضع لقاعدة & quotno الشعر & quot.

مرحبا بكم في physicsforums Holesarecool --- والسؤال الأول الرائع!

لقد حصلت بالفعل على إجابتين جيدتين ، لكنني أردت إضافة شيء ما:

لأغراض الفيزياء الفلكية (مثل الثقوب السوداء الحقيقية) ، فإن الحقول المغناطيسية "الجوهرية" (تلك التي تظل "مجمدة" بعد انهيارها) مهملة تمامًا. تعود المجالات المغناطيسية الكبيرة (في بعض الأحيان) والتي يبدو أنها تميز الأنظمة حاليًا بالكامل إلى المواد الموجودة حول الثقب الأسود ، وهي البلازما الغازية المتراكمة. عندما تتراكم مادة الثقب الأسود ، يمكن للمادة أن "تسحب" المجال المغناطيسي الطبيعي بين النجوم إلى الأفق معها. أيضًا ، إذا كان هناك قرص تراكم ، نعتقد أنه قد تكون هناك عمليات يمكنها توليد الحقول وتضخيمها بشكل كبير.

إنه لأمر مدهش حقًا مدى ضآلة ما نعرفه عن الطائرات. لا نعرف حتى ما إذا كانت "Poynting" (أي مجال مغناطيسي) أو "Baryon" (أي إلكترون بروتون أو إلكترون-بوزيترون بلازما). في كلتا الحالتين تحتاج إلى الكثير من المجال المغناطيسي. قد تساعد إعادة تركيب خطوط المجال في دفع التدفقات العامة إلى الخارج ، أو ربما الطائرات النفاثة العابرة التي تشبه النقطة ولكن من غير المحتمل (على ما أعتقد) بالنسبة للطائرات الثابتة. ما أفهمه هو أن أفضل سيناريو إعادة التركيب هو أن خطوط المجال تلتوي تمامًا بواسطة ثقب أسود عالي الدوران ، ونوع من الاسترخاء المفاجئ جنبًا إلى جنب مع تفريغ عنيف.

تتمثل إحدى الأفكار الأساسية الأخرى في تعزيز المجال المغناطيسي البوليويد من خلال عمليات الدينامو في قرص التراكم ، وقد يكون المجال البوليويد القوي ، جنبًا إلى جنب مع تدفق التراكم واللف من الدوران كافياً لتجميع نفاثة قوية.

هل نعرف ما إذا كان هناك أي نوع من الدورية للطائرات؟ يمكن أن تؤدي عملية دينامو داخل توزيع الشحنة الشعاعية للطائرات بسبب شحنة ودوران BH إلى عمليات إعادة التركيب على جانبي الثقب الأسود.

أم أنه من المرجح أن يكون مجال الثقب الأسود أكثر مسؤولية مباشرة؟

إنها ورقة جيدة جدًا ومثيرة للاهتمام ، لكنني لا أعتقد أنها ذات صلة بالثقوب السوداء.

شيء واحد تفعله هذه الورقة وأوراق المادة المظلمة / الطاقة المظلمة الأخرى هو إعداد الفيزياء بحيث تحصل على نفس الفيزياء تمامًا على مسافات قصيرة. هذا متعمد. إذا كانت الفيزياء هي نفسها على مسافات قصيرة (أي أقل من النظام الشمسي) ، لكنا قد رأينا شيئًا غريبًا. تخلق هذه الورقة حقلاً كهرومغناطيسيًا مختلفًا على نطاق واسع (أي مسافات المجرة) ، ولكنه يماثل الكهرومغناطيسي العادي على مسافات عادية.

الأمر الآخر هو أن هذه الورقة (مثل معظم الأوراق الأخرى) تفترض أنه لم يحدث شيء غريب في الكون المبكر. أحد الأشياء المهمة في الطاقة المظلمة هو أنها ليست تأثيرًا كبيرًا. يبدو الانفجار العظيم جيدًا بدون طاقة مظلمة. أنت ترى فقط الطاقة المظلمة في آخر مليار سنة أو نحو ذلك. لذا فإن الشيء الوحيد الذي يجب عليك شرحه باستخدام نظريات الطاقة المظلمة هو سبب عدم ظهورها في الانفجار الكبير.

1) على عكس الكثير من الأوراق النظرية ، فإنهم على الأقل يفكرون في الملاحظة. كان رد فعلي الأول على قراءة أي ورقة بحثية غريبة هو كيف يؤثر ذلك على ملاحظات CMB ، وقد ذكروا ذلك.
2) أصلي. لقد رأيت العشرات من الأوراق التي تحاول شرح الطاقة المظلمة باستخدام & quot؛ الجاذبية الغريبة & quot ؛ ولكن هذه هي الورقة الأولى التي رأيتها تحاول شرحها باستخدام & quotweird EM. & quot

الشيء الذي يجعل أقراص التراكم والأشياء المنهارة أكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لي هو أنك لا تستطيع صنع أي شيء تريده. في بدايات الكون ، يمكنك بسهولة اختراع حقل جديد أو جسيم جديد لشرح الأشياء ، باستخدام أقراص التراكم لا يمكنك ذلك.

شيء آخر يفاجئ الناس هو أن أقراص التراكم أكثر تعقيدًا من الثقوب السوداء. الثقوب السوداء المفردة هي أشياء بسيطة جدًا. ما لون الثقب الأسود؟ إنه أسود. ماذا يحدث عندما أرمي شيئًا ما في ثقب أسود؟ يتم امتصاصه ولا يخرج. ماذا يوجد بداخل الثقب الأسود؟ حسنًا ، بما أنني لا أرى الداخل أبدًا ، فلا يهم ، لذلك أقول فقط إنه هلام. هذه الإجابة جيدة مثل أي إجابة أخرى.

ما هو لون قرص التراكم؟ اه. ماذا يحدث عندما أرمي شيئًا ما في قرص تراكم؟ ارررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر ماذا يوجد داخل قرص التراكم؟ ايه.


مغناطيسية الثقوب السوداء ضعيفة بشكل مدهش

رسم توضيحي لثقب أسود. الائتمان: مايكل ماكلير / UF News

تشتهر الثقوب السوداء بقوتها: قوة جاذبية مكثفة معروفة بأنها تلتهم نجوم كاملة وتطلق تيارات من المادة في الفضاء بسرعة الضوء تقريبًا.

اتضح أن الواقع قد لا يرقى إلى مستوى الضجيج.

في ورقة نشرت اليوم في المجلة علم، اكتشف علماء جامعة فلوريدا أن هذه الدموع في نسيج الكون لديها مجالات مغناطيسية أضعف بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

أنتج ثقب أسود بعرض 40 ميلاً على بعد 8000 سنة ضوئية من الأرض يسمى V404 Cygni أول قياسات دقيقة للحقل المغناطيسي الذي يحيط بأعمق آبار الجاذبية في الكون. وجد مؤلفو الدراسة أن الطاقة المغناطيسية حول الثقب الأسود أقل بنحو 400 مرة من التقديرات الأولية السابقة.

تجعل القياسات العلماء أقرب إلى فهم كيفية عمل مغناطيسية الثقوب السوداء ، وتعميق معرفتنا بكيفية تصرف المادة في ظل أشد الظروف قسوة - وهي المعرفة التي يمكن أن توسع حدود قوة الاندماج النووي وأنظمة GPS.

ستساعد القياسات العلماء أيضًا في حل اللغز الذي يعود إلى نصف قرن حول كيفية إطلاق "نفاثات" الجسيمات بسرعة تقارب سرعة الضوء من الحقول المغناطيسية للثقوب السوداء ، بينما يتم امتصاص كل شيء آخر في هاوية هذه الثقوب ، وفقًا لما ذكره فريق الدراسة. المؤلف ستيفن إيكنبيري ، أستاذ علم الفلك في كلية الآداب والعلوم الليبرالية في UF.

"السؤال هو كيف تفعل ذلك؟" قال أيكنبري. "قياساتنا المنخفضة بشكل مدهش ستفرض قيودًا جديدة على النماذج النظرية التي ركزت سابقًا على المجالات المغناطيسية القوية التي تسرع وتوجه التدفقات النفاثة. لم نكن نتوقع هذا ، لذا فهو يغير الكثير مما اعتقدنا أننا نعرفه."

طور مؤلفو الدراسة القياسات من البيانات التي تم جمعها في عام 2015 أثناء انفجار نادر للثقب الأسود. تمت ملاحظة الحدث من خلال مرآة العدسة الخاصة بـ Gran Telescopio Canarias الذي يبلغ ارتفاعه 34 قدمًا ، وهو أكبر تلسكوب في العالم ، مملوك بشكل مشترك لـ UF ويقع في جزر الكناري الإسبانية ، بمساعدة كاميرا الأشعة تحت الحمراء المبنية على UF والمسمى CIRCE (كاميرا Canarias InfraRed) تجربة - قام بتجارب).

الثقوب السوداء الصغيرة المنتجة للنفط ، مثل تلك التي لوحظت في الدراسة ، هي النجوم الصخرية للمجرات. وقال المؤلف الرئيسي للدراسة يجيت داليلار والمؤلف المشارك آلان جارنر ، وطلاب الدكتوراه في قسم علم الفلك بجامعة UF ، إن نوبات اندفاعهم تحدث فجأة ولم تدم طويلاً. استمرت تفجيرات V404 Cygni لعام 2015 لأسبوعين فقط. كانت المرة السابقة التي تعرض فيها نفس الثقب الأسود لحلقة مماثلة في عام 1989.

قال داليلار "ملاحظة ذلك كان شيئًا يحدث مرة أو مرتين في مهنة الفرد". "هذا الاكتشاف يقرّبنا خطوة واحدة من فهم كيفية عمل الكون."


الثقوب السوداء الشديدة لها شعر يمكن تمشيطه

تصور الفنان لثقب أسود دوار تتراكم فيه المادة عبر قرص تراكم وتنبعث منه نفاثة. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

تعتبر الثقوب السوداء من أكثر الأشياء غموضًا في الكون. ينشأ جزء من مكائدهم من حقيقة أنهم في الواقع من بين أبسط الحلول لمعادلات مجال أينشتاين للنسبية العامة. في الواقع ، يمكن وصف الثقوب السوداء بشكل كامل من خلال ثلاث كميات فيزيائية فقط: كتلتها ودورانها وشحنتها. نظرًا لعدم وجود سمات "شعر" إضافية لتمييزها ، يُقال إن الثقوب السوداء "ليس لها شعر" - الثقوب السوداء من نفس الكتلة والدوران والشحنة متطابقة تمامًا مع بعضها البعض.

اكتشف الدكتور ليور بوركو من Theiss Research بالتعاون مع البروفيسور غوراف خانا من جامعة ماساتشوستس دارتموث وجامعة رود آيلاند جنبًا إلى جنب مع تلميذه السابق الدكتور سوبير سابهاروال أن نوعًا خاصًا من الثقوب السوداء ينتهك تفرد الثقب الأسود ، ما يسمى نظرية "بلا شعر". على وجه التحديد ، درس الفريق الثقوب السوداء المتطرفة - الثقوب "المشبعة" بأقصى شحنة أو دوران يمكن أن تحمله. وجدوا أن هناك كمية يمكن بناؤها من انحناء الزمكان في أفق الثقب الأسود والتي يتم الحفاظ عليها وقياسها بواسطة مراقب بعيد. نظرًا لأن هذه الكمية تعتمد على كيفية تشكل الثقب الأسود ، وليس فقط على السمات الكلاسيكية الثلاث ، فإنها تنتهك تفرد الثقب الأسود.

تشكل هذه الكمية "شعر الجاذبية" ويمكن قياسها بواسطة مراصد موجات الجاذبية الحديثة والقادمة مثل LIGO و LISA. تتبع بنية هذا الشعر الجديد تطور كمية مماثلة وجدها Angelopoulos و Aretakis و Gajic في سياق نموذج "لعبة" أبسط باستخدام حقل عددي وثقوب سوداء كروية ، ويمتد ذلك إلى اضطرابات الجاذبية في الدوران. منها.

قال بوركو: "هذه النتيجة الجديدة مفاجئة ، لأن نظريات تفرد الثقب الأسود راسخة جيدًا ، وعلى وجه الخصوص امتدادها إلى الثقوب السوداء المتطرفة. يجب أن يكون هناك افتراض للنظريات غير راضٍ ، لشرح كيف لا تنطبق النظريات في هذه الحالة ". في الواقع ، تابع الفريق العمل السابق الذي قام به Aretakis ، والذي وجد أنه على الرغم من أن الاضطرابات الخارجية للثقوب السوداء الشديدة تتحلل كما هو الحال أيضًا مع الثقوب السوداء العادية ، على طول أفق الحدث ، تتطور بعض مجالات الاضطراب في الوقت المناسب إلى أجل غير مسمى قال بوركو: "تفترض نظريات التفرد استقلالية الوقت. لكن ظاهرة Aretakis تنتهك صراحة استقلالية الوقت على طول أفق الحدث. هذه هي الثغرة التي يمكن من خلالها أن يبرز الشعر ويتم تمشيطه على مسافة كبيرة بواسطة مرصد موجة الجاذبية". على عكس الأعمال الأخرى التي وجدت الشعر في تحجيم الثقب الأسود ، أشار بوركو إلى أنه "في هذا العمل كنا نعمل مع نظرية أينشتاين للفراغ ، بدون حقول ديناميكية إضافية تعدل النظرية والتي قد تنتهك مبدأ التكافؤ القوي."

استخدم الفريق عمليات محاكاة عددية مكثفة للغاية لتوليد النتائج. تضمنت عمليات المحاكاة استخدام العشرات من وحدات معالجة الرسومات (GPU) من Nvidia المتطورة مع أكثر من 5000 مركز لكل منها على التوازي. قال خانا: "يمكن لكل من وحدات معالجة الرسومات هذه إجراء ما يصل إلى 7 تريليونات عملية حسابية في الثانية ، ومع ذلك ، حتى مع هذه القدرة الحسابية ، يبدو أن المحاكاة ستستكمل عدة أسابيع".


رؤية غير المرئي

نظرًا لبعده عنا ، فإن تصوير هذا الثقب الأسود العملاق يمثل تحديًا كبيرًا. يتطلب دقة وضوح عالية بما يكفي للتركيز على اللون البرتقالي على سطح القمر ، أو القدرة على رؤية الذرات الفردية بإصبعه. تمكن التلسكوب من ذلك بفضل تعاون غير مسبوق بين العلماء في جميع أنحاء العالم ، وربط ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية معًا وتحويل الأرض إلى تلسكوب راديو افتراضي واحد عملاق.

ربما تكون الثقوب السوداء هي أكثر الأشياء غموضًا في الطبيعة ، حيث تعمل على تشغيل بعض أكثر الظواهر نشاطًا - والتي لا يمكن ملاحظتها - في عالمنا. نظرًا لأفق الحدث الخاص بهم ، وهو الحد الذي لا يمكن أن يهرب منه أي شيء ، ولا حتى الضوء ، لا يمكننا رؤية الثقب الأسود مباشرة. لكن المادة التي تسقط باتجاه الثقب الأسود يتم سحبها من خلال جاذبيتها الهائلة وتصبح شديدة السخونة والضوء.

أول صورة لثقب أسود. Event Horizon Telescope، CC BY-SA

مع اقترابها من أفق الحدث ، يتم تسخين هذه المادة بشكل كبير عن طريق الاحتكاك وتتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، مما يؤدي إلى إصدار كميات وفيرة من الإشعاع. إنه إشعاع على شكل موجات راديو ينتجها هذا الغاز قبل لحظات من عبوره لأفق الحدث الذي صمم التلسكوب للكشف عنه.


الثقب الأسود أكل الكثير

بقلم: كميل إم كارلايل 28 فبراير 2014 2

احصل على مقالات مثل هذه المرسلة إلى صندوق الوارد الخاص بك

يمكن أن تؤثر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية على بيئاتها أكثر مما يعتقد علماء الفلك.

ربما يكون الثقب الأسود في المجرة الحلزونية M83 قد عض أكثر مما ينبغي أن يكون قادرًا على مضغه. تلتزم الثقوب السوداء نظريًا بما يسمى حد إدينجتون ، والذي يعلن أن الثقب الأسود المتراكم يمكنه فقط إطلاق الكثير من الطاقة في النفثات والرياح والإشعاع من قرصه الرقيق. فوق الحد ، كل هذا الإشعاع الدافع للخارج يقطع تدفق الغاز المتسرب ويجوع الوحش ، ويخمد القذف.

تمثيل رمزي لفنان & # 039 s لثقب أسود ذو كتلة نجمية يسحب المواد من نجمه المصاحب الضخم. يصدر قرص التراكم الداخلي الساخن أشعة سينية يمكن لعلماء الفلك استخدامها لتقدير كتلة الثقب الأسود & # 039 s.

ولكن كما أفاد روبرتو سوريا (جامعة كورتين ، أستراليا) وزملاؤه يوم 27 فبراير في علم، يبدو أن ثقبًا أسودًا واحدًا يدور حول نجم على بعد 15 مليون سنة ضوئية قد كسر حده لما يقرب من 20000 سنة.

درس الفريق النظام الثنائي ، المسمى MQ1 ، في الأشعة السينية والبصرية والأشعة تحت الحمراء والراديو باستخدام بعض من أفضل التلسكوبات الأرضية والفضائية حولها. تأتي الأشعة السينية من قرص تراكم الثقب الأسود ، واستنادًا إلى الكيفية التي يجب أن يبحث بها الانبعاث من القرص عن كتلة معينة ، استخدم الفريق سطوع النظام في الأشعة السينية لتقدير مدى ضخامة الثقب الأسود.

ثم حول علماء الفلك انتباههم إلى ما يشبه فقاعة حول MQ1 ، منتفخة ظاهريًا بفعل نفاثات الثقب الأسود والتدفقات الأخرى. بناءً على الانبعاث من الغاز المسخن بالصدمة داخل الفقاعة ، قاموا بحساب كمية الطاقة التي تم إلقاؤها في الغاز ، وبالتالي ، متوسط ​​الطاقة النفاثة اللازمة للقيام بذلك.

أخيرًا ، استخدموا القدرة النفاثة المقدرة ، والحجم المقدر للفقاعة ، والكثافة المفترضة للغاز لحساب المدة التي كان الهيكل يتوسع فيها (وبالتالي ، عمره).

مجتمعة ، تشير هذه الأسطر الثلاثة من البحث إلى أن الثقب الأسود يتراوح بين حوالي 10 و 115 كتلة شمسية ، مع أفضل تخمين يزيد قليلاً عن 40. على مدار حوالي 20000 عام ، تقيأ بمقدار 10 52 ergs في الطاقة في البيئة المحيطة به ، 10 مرات أكثر من المستعر الأعظم النموذجي.

تحتوي المجرة M83 على أذرع لولبية محددة جيدًا تتتبع مناطق تكوين النجوم النشط. اكتشف علماء الفلك وجود ثقب أسود ذو كتلة نجمية بالقرب من نواة المجرة ، والذي اندلع بطاقة أكبر مما كان متوقعًا.

آدم بلوك / NOAO / AURA / NSF

وجد فريق سوريا أيضًا نظامًا عابرًا مختلفًا في M83) ، لكن اكتشاف الأشعة السينية من قرص التراكم نفسه يجعل هذا النظام فرصة فريدة لدراسة كتلة الثقب الأسود.

والكتلة هي مفتاح عدم اليقين في هذه الصورة. إذا كان الثقب الأسود في الطرف الأعلى من نطاق الكتلة (أو أعلى قليلاً) ، فقد يؤدي ذلك إلى حل المشكلة. لسوء الحظ ، نظرًا لقيود المسافة والرصد ، فإنه من شبه المستحيل قياس كتلة هذا الثقب الأسود بشكل مباشر ، كما يقول سوريا.

يقول جوي نيلسن (جامعة بوسطن) إنه بالنسبة له ، فإن اللغز هو أن الثقب الأسود كان يبدو أنه كان في يوم من الأيام فائقًا لإيدنجتون - وهو ليس كذلك حاليًا - من أن الكائن كسر الحد الأقصى لفترة طويلة. غالبًا ما "تنشط" الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في الأنظمة الثنائية لعدة أشهر أو سنة ، فتطلق نفاثات ثم تتلاشى لعقد أو أكثر. إذا تم تشغيل MQ1 في رشقات نارية ، فهذا يعني أنه من أجل الوصول إلى متوسط ​​مستوى إيدنجتون الفائق خلال تلك الآلاف من السنين ، كان لابد أن تكون "القطع" الفاضحة أكثر نشاطًا.

تقول سوريا إنه ينبغي أن يكون من الممكن لثقب أسود أن يتجاوز معدل إيدنجتون بمقدار ثلاث إلى أربع مرات لما يصل إلى 100000 عام إذا تم إلقاء كمية هائلة من الغاز الكثيف والمعتمة في الثقب الأسود من نجم مرافق ضخم. عادة ، تتراكم الفوتونات التي يتم إنتاجها داخل الغاز الساخن المتدفق الكثير من الإشعاع بحيث يمكن للضغط أن يوقف المعصمة. ولكن إذا كان الغاز كثيفًا جدًا ومعتمًا للإشعاع ، فإن هروب الفوتونات يتأخر - وأحيانًا لا يكون لديهم الوقت للظهور قبل أن يعبر الغاز المحيط بهم أفق الحدث (مع استمرارهم في الداخل). في هذه الحالة ، لا تستطيع الفوتونات "أداء واجبها في دفع الغاز بعيدًا" ، كما يقول. إنه يشتبه في أن هذا ما حدث مع MQ1.

من ناحية أخرى ، إذا كان الثقب الأسود في الطرف الأعلى من نطاق كتلته ، فسيكون ذلك رائعًا أيضًا: فقد كافح علماء الفلك للعثور على دليل قوي للثقوب السوداء متوسطة الكتلة ، وهي نقاط الانطلاق المفترضة بين تلك الثقوب عدة مرات من الشمس. والكتلة العملاقة الكامنة في قلب المجرات.

يلخص نيلسن الأمر على النحو التالي: "كل ما يحدث ، إنه ممتع حقًا".

المرجع: R. Soria et al. "القوة الميكانيكية الخارقة لإدنجتون لثقب أسود متراكم في M83." علم. تم النشر على الإنترنت في 27 فبراير 2014.


قد يحافظ المجال المغناطيسي على هدوء الثقب الأسود في درب التبانة

Streamlines showing magnetic fields layered over a color image of the dusty ring around the Milky Way’s massive black hole. The Y-shaped structure is warm material falling toward the black hole, which is located near where the two arms of the Y-intersect. The streamlines reveal that the magnetic field closely follows the shape of the dusty structure. Each of the blue arms has its own field that is totally distinct from the rest of the ring, shown in pink. Credit: Galactic Center dust and magnetic fields: NASA/SOFIA, star field image: NASA/Hubble Space Telescope

Supermassive black holes exist at the center of most galaxies, and our Milky Way is no exception. But many other galaxies have highly active black holes, meaning a lot of material is falling into them, emitting high-energy radiation in this “feeding” process. The Milky Way’s central black hole, on the other hand, is relatively quiet. New observations from NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA, are helping scientists understand the differences between active and quiet black holes.

These results give unprecedented information about the strong magnetic field at the center of the Milky Way galaxy. Scientists used SOFIA’s newest instrument, the High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus, HAWC+, to make these measurements.

Magnetic fields are invisible forces that influence the paths of charged particles, and have significant effects on the motions and evolution of matter throughout the universe. But magnetic fields cannot be imaged directly, so their role is not well understood. The HAWC+ instrument detects polarized far-infrared light, which is invisible to human eyes, emitted by celestial dust grains. These grains align perpendicular to magnetic fields. From the SOFIA results, astronomers can map the shape and infer the strength of the otherwise invisible magnetic field, helping to visualize this fundamental force of nature.

“This is one of the first instances where we can really see how magnetic fields and interstellar matter interact with each other,” noted Joan Schmelz, Universities Space Research Center astrophysicist at NASA Ames Research Center in California’s Silicon Valley, and a co-author on a paper describing the observations. “HAWC+ is a game-changer.”

Previous observations from SOFIA show the tilted ring of gas and dust orbiting the Milky Way’s black hole, which is called Sagittarius A* (pronounced “Sagittarius A-star”). But the new HAWC+ data provide a unique view of the magnetic field in this area, which appears to trace the region’s history over the past 100,000 years.

Details of these SOFIA magnetic field observations were presented at the June 2019 meeting of the American Astronomical Society and will be submitted to the Astrophysical Journal.

The gravity of the black hole dominates the dynamics of the center of the Milky Way, but the role of the magnetic field has been a mystery. The new observations with HAWC+ reveal that the magnetic field is strong enough to constrain the turbulent motions of gas. If the magnetic field channels the gas so it flows into the black hole itself, the black hole is active, because it is eating a lot of gas. However, if the magnetic field channels the gas so it flows into an orbit around the black hole, then the black hole is quiet because it’s not ingesting any gas that would otherwise eventually form new stars.

Researchers combined mid- and far-infrared images from SOFIA’s cameras with new streamlines that visualize the direction of the magnetic field. The blue y-shaped structure (see figure) is warm material falling toward the black hole, which is located near where the two arms of the y-shape intersect. Layering the structure of the magnetic field over the image reveals that the magnetic field follows the shape of the dusty structure. Each of the blue arms has its own field component that is totally distinct from the rest of the ring, shown in pink. But there are also places where the field veers away from the main dust structures, such as the top and bottom endpoints of the ring.

“The spiral shape of the magnetic field channels the gas into an orbit around the black hole,” said Darren Dowell, a scientist at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, principal investigator for the HAWC+ instrument, and lead author of the study. “This could explain why our black hole is quiet while others are active.”

The new SOFIA and HAWC+ observations help determine how material in the extreme environment of a supermassive black hole interacts with it, including addressing a longstanding question of why the central black hole in the Milky Way is relatively faint while those in other galaxies are so bright.

SOFIA, the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, is a Boeing 747SP jetliner modified to carry a 106-inch diameter telescope. It is a joint project of NASA and the German Aerospace Center, DLR. NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley manages the SOFIA program, science and mission operations in cooperation with the Universities Space Research Association headquartered in Columbia, Maryland, and the German SOFIA Institute (DSI) at the University of Stuttgart. The aircraft is maintained and operated from NASA’s Armstrong Flight Research Center Building 703, in Palmdale, California. The HAWC+ instrument was developed and delivered to NASA by a multi-institution team led by the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.


شاهد الفيديو: الثقوب السوداء. Black Holes (أغسطس 2022).