Povežite se s nama

Pretražite Kozmos

Svemir

Mogu li crne rupe izgubiti svoje magnetsko polje?

Prema nedavnom istraživanju, odgovor je potvrdan.

Pomoću računalnih simulacija američki su fizičari pokazali da zbog magnetske rekonekcije Kerrova crna rupa, okružena jako magnetiziranom plazmom, eksponencijalno gubi magnetsko polje.

Rezultati metoda kinetike relativističke plazme i otporne magnetohidrodinamike u skladu su s „bezdlakim teoremom“ koji kaže da crne rupe karakteriziraju samo masa, kutni moment i naboj.

Općenito prihvaćen teorem bez dlake

U općoj teoriji relativnosti općenito je prihvaćeno da sve crne rupe poštuju teorem bez dlake: ako dvije crne rupe imaju istu masu, naboj i kutni moment, ne mogu se međusobno razlikovati-sve ostale informacije o njihovim praroditeljima i apsorbiranoj materiji skriveni su  od promatrača izvan horizonta događaja.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Crne rupe, nastale raspadom magnetiziranih zvijezda, rađaju se s magnetskim poljem koje probija horizont događaja. Također, crna rupa može steći vlastito magnetsko polje kao rezultat spajanja s magnetiziranom neutronskom zvijezdom.

Zbog toga crna rupa ima kosu u obliku linija magnetskog polja, ali ne zadugo – u vakuumu svako polje bez mase s cijelim brojem okretaja brzo isparava, ostavljajući crnu rupu „ćelavom“.

Spajanje galaksija iskrivljuje magnetska polja

Međutim, magnetizirane crne rupe rijetko se nalaze u vakuumu: ako je crna rupa nastala kao posljedica kolapsa neutronske zvijezde, plazma će neizbježno biti prisutna oko nje ili se plazma stvara kao rezultat stvaranja elektrona- parovi pozitrona u blizini horizonta događaja.

Zbog prisutnosti visoko vodljive plazme, uvjeti u teoremu bez dlake radikalno se mijenjaju-umjesto vakuuma oko crne rupe, pojavljuje se materija koja je sposobna zadržati magnetsko polje i spriječiti ga da skoči s horizonta događaja.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Može li crna rupa izgubiti magnetsko polje?

U ovom slučaju, jedini mogući scenarij gubitka magnetskog polja je ponovno povezivanje magnetskih vodova, uslijed čega se linije sile protežu, lome i ponovno spajaju u obliku magnetskih petlji koje sadrže plazmu. Formirani plazmidi ili padaju izvan horizonta događaja ili odlijeću od crne rupe relativističkim brzinama.

U tom se slučaju energija magnetskog polja pretvara u kinetičku energiju čestica i zračenja. Taj je proces 2011. opažen pri simulaciji magnetizirane crne rupe u slučaju kolizione plazme (autori su greškom zanemarili fiziku plazme bez sudara) i pri niskoj numeričkoj rezoluciji. To je dovelo do pretjerano dugog izumiranja magnetskog polja i kršenja teorema.

Znanstvenici predvođeni Ashley Bransgrove sa Sveučilišta Columbia uzeli su u obzir pogreške prethodne studije i koristili su točnije numeričke simulacije kinetike čestica-GRPIC (općenito-relativistička čestica u ćeliji) i magnetohidrodinamiku-GRRMHD (općenito-relativistička otporna magnetohidrodinamika) kako bi proučavati gubitak procesa magnetskog polja Kerrove crne rupe.

Kao početno stanje, fizičari su odabrali crnu rupu s dipolnim magnetskim poljem, pretpostavljajući da je već apsorbirala neutronsku zvijezdu okruženu plazmom, ali da još nije počela gubiti polje.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Obje metode modeliranja pokazale su da se evolucija magnetosfere odvija u nekoliko faza: prvo, plazma u ergosferi se okreće oko crne rupe, oduzima njezino magnetsko polje i proizvodi poloidno magnetsko polje (čije linije idu duž meridijana) prema pravilu gimbala. Kako se poloidno magnetsko polje napuhuje, linije sile rastežu se i zadebljavaju na ekvatoru.

Kao rezultat toga, uzorak linija polja nalikuje poljima dva magnetska monopola (split-monopole field)-na sjevernoj hemisferi linije su usmjerene izravno iz crne rupe, na južnoj-u crnu rupu. Toroidno magnetsko polje crne rupe (čije su linije usmjerene duž paralela) također je suprotno usmjereno u dvije hemisfere.

Slijeva na desno: srednja radijalna brzina plazme, srednja zenitna (θ) brzina, azimutna (ϕ) komponenta magnetskog polja u magnetosferi crnih rupa. Zelene linije predstavljaju poloidne linije magnetskog polja.Izvor: Ashley Bransgrove i sur. / Physical Review Letters, 2021

Takva konfiguracija magnetskih polja u skladu s prvom Maxwellovom jednadžbom dovodi do stvaranja strujnog lima u ekvatorijalnoj ravnini, duž kojeg dolazi do ponovnog magnetskog povezivanja polja.

Prema simulacijskim podacima, prvi put se magnetsko ponovno povezivanje pojavljuje u blizini takozvane stagnacijske površine, izvan koje se plazma pomiče iz crne rupe, a unutar je apsorbira.

Magnetosfera crnih rupa u modelima GRPIC (gore) i GRRMHD (dolje), boja predstavlja magnetizaciju plazme.Izvor: Ashley Bransgrove i sur. / Physical Review Letters, 2021

Tako plazmoidi rođeni izvan površine stagnacije odlijeću zajedno sa trenutnim slojem brzinom bliskom brzini svjetlosti, dok se oni rođeni unutra polako, brzinom manjom od desetine brzine svjetlosti, kreću prema horizontu događaja . Brzina magnetskog ponovnog povezivanja u modelu GRPIC pokazala se jednakom desetini brzine svjetlosti, što je 10 puta veće od brzine ponovnog povezivanja u GRRMHD-u.

Zbog toga plazmoidi u GRPIC -u imaju vremena porasti više nego u GRRMHD -u, prije nego što se odbace relativističkom brzinom. Ta je razlika posljedica činjenice da se pojednostavljeni difuzijski model čestica koristi u GRRMHD -u, dok je plazma u GRPIC -u modelirana prema prvim principima.

Lijevo: 3D modeliranje magnetosfera, zelene cijevi su linije magnetskog polja koje prodiru kroz horizont događaja, cijevi od užeta ponovno povezuju linije magnetskog polja. Desno: 2D odsječak magnetosfere, boja predstavlja magnetizaciju plazme. Izvor: Ashley Bransgrove i sur. / Physical Review Letters, 2021

Znanstvenici su također proveli magnetohidrodinamičko modeliranje u trodimenzionalnom načinu rada (GRRMHD2). U njemu se više nije promatrala osnosimetrična slika ponovnog povezivanja magnetskog polja: trodimenzionalni plazmoidi nalikuju zamršenim cijevima konačne duljine sa složenijom topologijom od onih dvodimenzionalnih plazmoida.

U oba modela, magnetski tok kroz površinu crne rupe eksponencijalno se brzo smanjuje, bez obzira na jakost polja na početku eksperimenta (u slučaju jako magnetizirane plazme i malog Larmorovog polumjera) – i to potvrđuje ispunjenje teorema bez dlake.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Vremenska ovisnost magnetskog toka na horizontu događaja za vakuum (raspad po zakonu), u modelima GRRMHD (sporo eksponencijalno raspadanje) i GRPIC (eksponencijalno raspadanje). Izvor: Ashley Bransgrove i sur. / Physical Review Letters, 2021

Fizičari su također otkrili da je konačni naboj crne rupe nula, odnosno kao posljedica razmagnetizacije, crna rupa je ponovno postala Kerrova crna rupa. Znanstvenici su otkrili zračenje kada su se linije ponovno spojile i izračunale ukupnu disipacijsku moć koju je promatrač vidio u beskonačnosti.

Očekivano, u magnetskom polju crne rupe iznad milijun gausa i u granici velike magnetizacije plazme, gotovo se sva magnetska energija pretvara u zračenje u rasponu tvrdih X-zraka, što izvana može izgledati poput galaktičkog magnetarskog bljeska.

Autori također napominju da se tijekom „proćelavanja“ crne rupe može uočiti koherentna radio emisija, kao i emisija mazera koja proizlazi iz sudara divovskih plazmoida s plazma strujama.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram-t.me/kozmoshr

Izvori:

• Bransgrove, A., Ripperda, B., & Philippov, A. (2021, July 27). Magnetic hair and Reconnection in black Hole magnetospheres. Physical Review Letters.
 Martineau, K., & Martineau, K. (2021, July 27). In virtual outer space, a black HOLE sheds its magnetic hair. Columbia News.
• Sumner, T. (2021, July 28). Magnetic ‘balding’ of black holes saves general relativity prediction. Simons Foundation.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Pročitaj više

Astronomija

Znanstvenici su nekad davno mislili da su crne rupe inertne, umiruće zvijezde velike mase. Međutim, Hawkingovim otkrićem iz 1974., došlo se do saznanja da...

Astronomija

U središtima galaksija nalaze se velike crne rupe koje obično sjaje, opskrbljene velikom količinom goriva. Postoje i druge vrste crnih rupa koje miruju milijunima...

Svemir

Znanstvenici su uvjereni da se vrijedi usredotočiti na potragu za Dysonovim sferama, čije će postojanje automatski dokazati postojanje nekih izvanzemaljskih društava. Međunarodni tim astronoma...

Svemir

NASA je podijelila sliku valova u prašnjavim oblacima uzrokovanih eksplozijom rendgenskih zraka u binarnom sustavu crne rupe i zvijezde. Američki znanstvenici koji su koristili...

Svemir

Duge uske niti prašine koje okružuju i hrane crne rupe u središtima galaksija mogle bi biti prirodni uzrok zamračenja središta mnogih galaksija. Misteriozne crne...

Svemir

Astronomi su proveli izvorna opažanja u potpuno drugu svrhu. Prvi put u povijesti promatranja astronomi su zabilježili rendgenske zrake koje se reflektiraju s udaljene...

Svemir

Centaurus A jedna je od najbližih radio galaksija Zemlji. Teleskop Event Horizon dobio je najdetaljniju sliku relativističkih mlazova koji izbijaju iz jezgre radio-galaksije Centaurus...

Svemir

Stotinu crnih rupa u samo jednom klasteru. Međunarodna grupa astrofizičara, predvođena stručnjacima sa Sveučilišta u Barceloni, otkrila je veliki broj crnih rupa, koje se...

Oglas