Гравитационное поле вращающейся черной дыры мощное и странное. Он настолько силен, что искажает пространство и время, и настолько странен, что даже простые понятия, такие как движение и вращение, переворачиваются с ног на голову. Понять, как работают эти концепции, сложно, но они помогают астрономам понять, как черные дыры генерируют такую огромную энергию. Возьмем, к примеру, концепцию перетаскивания кадров.
Черные дыры образуются, когда материя сжимается и становится настолько плотной, что пространство-время заключает ее в горизонт событий. Это означает, что черные дыры не являются физическими объектами в привычном смысле. Они не состоят из материи, а скорее являются гравитационным отпечатком того места, где находилась материя. То же самое справедливо и для гравитационного коллапса вращающейся материи. Когда мы говорим о вращающейся черной дыре, это не означает, что горизонт событий вращается волчком, это означает, что пространство-время вблизи черной дыры скручивается в гравитационное эхо некогда вращающейся материи. И здесь все становится странным.
Предположим, вам нужно бросить мяч в черную дыру. Не вращаясь по орбите и не вращаясь, просто простое падение прямо вниз. Вместо того, чтобы падать по прямой линии к черной дыре, траектория шара при падении сместится в сторону орбитальной траектории, двигаясь вокруг черной дыры все быстрее по мере ее приближения. Этот эффект известен как перетаскивание кадра. Часть «вращения» черной дыры передается шару, хотя шар находится в свободном падении. Чем ближе шар к черной дыре, тем сильнее эффект.
Недавняя статья о arXiv показывает, как этот эффект может передавать энергию от магнитного поля черной дыры к близлежащей материи. Черные дыры часто окружены аккреционным диском ионизированного газа и пыли. Когда материал диска вращается вокруг черной дыры, он может генерировать мощное магнитное поле, которое может перегреть материал. Хотя большая часть энергии, генерируемой этим магнитным полем, вызвана орбитальным движением, перетаскивание кадра может добавить дополнительный импульс.
По сути, магнитное поле черной дыры генерируется объемным движением аккреционного диска. Но благодаря перетаскиванию кадров внутренняя часть диска движется немного быстрее, чем должна, а внешняя — немного медленнее. Это относительное движение между ними означает, что ионизированная материя движется относительно магнитного поля, создавая своего рода эффект динамо. Благодаря перетаскиванию кадров черная дыра создает больше электромагнитной энергии, чем можно было ожидать. Хотя этот эффект невелик для черных дыр звездной массы, он достаточно велик для сверхмассивных черных дыр, поэтому мы могли бы увидеть эффект в квазарах через пробелы в их спектре мощности.
Ссылка: Окамото, Исао, Тосио Учида и Югын Сон. «Извлечение электромагнитной энергии в черных дырах Керра через магнитосферы с перетаскиванием кадров». Препринт arXiv arXiv:2401.12684 (2024).
