Как сверхмассивная черная дыра может заставить так много энергии просветлять свою материю, когда ее массивная гравитация препятствует выходу света?

Чтобы процитировать немецкую газетную статью Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

Das Materie-Monster сидит в День Герцога за 42 миллиона долларов Polarring-Galaxie NGC 660, deren Aktivität innerhalb weniger Monate Hunderte Мужской zugenommen hatte.

Erst wenn die Massemonster große Mengen Materie verschlucken, werden sie aktiv. Bei diesem Prozess wird so viel Energie frei, dass die Materie hell aufleuchtet, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet and ein Teil von ihr в форме фоновых рисунков в форме Weltall hinaus geschleudert wird.

Это примерно означает:

Согласно данным, вещество-монстр находится в середине 42 миллионов световых лет от полярной кольцевой галактики NGC 660, активность которой значительно возросла всего за несколько месяцев.

Только когда эти Материальные монстры поглощают большие количества материи, они становятся активными. Этот процесс высвобождает столько энергии, что он ярко освещает материю, прежде чем она исчезнет внутри черной дыры. Часть вещества выбрасывается во вселенную в виде струй.

Мой учитель физики однажды сказал мне, что черная дыра - это просто очень маленький и тяжелый объект, который обладает такой большой гравитацией, что ничто, даже свет, не может избежать его гравитации. Это объяснение также подтверждается этой SE.astronomy - Если ничто не движется со скоростью света, кроме света, как черная дыра может также притягивать свет в себя? вопрос.

• Если «нормальная» (не сверхмассивная) черная дыра уже может препятствовать выходу света, как материя, которая втягивается в черную дыру, может производить энергию / свет, который не может избежать гравитации черной дыры?

• Как сверхмассивная черная дыра может притягивать материю, а не световые фотоны энергии?

• Дополнительно: почему часть материи, которая втягивается в черную дыру, сбрасывается (то есть ускоряется ) во вселенную? Я понимаю, почему этот вопрос может быть разделен - ускорение увеличивается, насколько я знаю, квадратичным, то есть различия с точки зрения фактического ускорения в зависимости от местоположения могут быть настолько огромными, что материю нельзя удерживать вместе. Но я не понимаю, почему часть вещества ускоряется в совершенно противоположном направлении, поскольку сила, которая больше, чем гравитация сверхмассивной черной дыры, потребуется. Поэтому: почему часть материи ускоряется в противоположном направлении (т.е. вне гравитации черной дыры), чем другая часть?

Примечание: мое физическое образование довольно ограничено. Я немного знаю о ньютоновской гравитации и немного о теории сохранения энергии. Но это все, что я знаю о физике.

Совершенно верно, что черная дыра имеет такую ​​массу, что свет не может выйти из области вокруг черной дыры. Край этого региона называется горизонтом событий. Если вы пересекаете горизонт событий, вы никогда не вернетесь. Это относится как к свету, так и к материи.

Вокруг черной дыры может быть вещество на орбите. Так как Черная дыра обладает такой сильной гравитацией, скорость орбитальной материи будет очень быстрой. На самом деле это будет близко к скорости света. Эта высокая скорость дает ему много энергии. Вещество будет образовывать диск, называемый аккреционным диском, вокруг черной дыры, и столкновения на этом диске вызовут нагрев вещества до миллионов градусов. При этих температурах диск будет светиться рентгеновскими лучами.

На той части диска, которая находится ближе всего к черной дыре, вещество будет падать с диска, но прежде чем оно достигнет черной дыры, оно может получить достаточно энергии для выброса на очень высокой скорости, близкой к скорости света. Он выталкивается под прямым углом к ​​диску, на полюсах черной дыры. Это "самолеты". Интенсивное излучение производится вдоль этих струй. Блазары - это далекие сверхмассивные черные дыры со струями, которые направлены прямо на нас.

Таким образом, сама черная дыра является «черной», но вещество вокруг нее может быть очень ярким.

Свет исходит далеко за пределами горизонта событий черной дыры.

Материя не может упасть в черную дыру, не потеряв большую часть своего углового момента (иначе она просто продолжит вращаться вокруг черной дыры). Это достигается передачей углового момента вовне вязкостью (и другими способами) в аккреционном диске, окружающем черную дыру.

По мере того, как вещество приближается к черной дыре, оно также теряет потенциальную гравитационную энергию, что приводит к (i) нагреву газа и (ii) излучению от газа.

Примерно в 3 раза больше радиуса Шварцшильда черной дыры, материя встречает самую внутреннюю устойчивую круговую орбиту , которая ближе всего к тому, что что-либо с массой может сделать устойчивую орбиту вокруг черной дыры. Обычно предполагается, что оттуда материал падает в черную дыру и «теряется» из нашей вселенной - увеличивая массу черной дыры.

Таким образом, все излучение исходит от материала на орбите, который по крайней мере в 3 раза больше радиуса Шварцшильда от черной дыры. Нет проблем для света «убежать» из этой позиции, хотя он сильно смещен как под действием силы тяжести, так и поперечного релятивистского эффекта Доплера.

Вопрос о «джетах» был затронут другим вопросом: почему у черных дыр есть джеты и аккреционные диски?

Другой способ выразить это - подумать о том, почему планеты или спутники, вращающиеся вокруг своих родителей, не попадают в них. Подобным образом куски материи вращаются вокруг черной дыры. В процессе из-за высокой энергии их инерции они излучают некоторую энергию, когда им противостоят другие частицы. Таким образом, они проливают некоторую массу в форме света.

Важно, чтобы мы осознали, что именно энергия с правильным импульсом (как направлением, так и скоростью) подготавливает частицу к выходу из тяготения. Так что, если частица света имеет достаточно энергии и движется в правильном направлении , она уйдет со своей внешней орбиты за горизонт событий, обычно в виде струй.

Свет, излучаемый такими струями, обладает огромной энергией и обычно наблюдается в гамма-спектре. Если вас интересует, как эти испускаемые струи можно использовать для изучения черной дыры или общей физики частиц высоких энергий, посмотрите «Астрономия гамма-лучей очень высокой энергии». Есть целые классы объектов, которые излучают гамма-фотоны VHE и другие интригующие вещи.