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从研究机构

如何逃离黑洞:模拟提供了强大等离子喷射的新线索

扭转磁场的相互作用,“负能量”粒子

日期:
1月24日,2019
来源:
能源部/劳伦斯伯克利国家实验室
简介:
新的模拟结合了几十年的旧理论,为等离子体喷射的驱动机制提供了新的见解。等离子体喷射的驱动机制使它们能够从黑洞强大的引力场中窃取能量,并将其推离黑洞张开的大嘴。
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完整的故事

这个广义相对论无碰撞等离子体模拟的可视化显示了旋转黑洞视界附近正电子的密度。等离子体的不稳定性在强电流区域产生岛状结构。
作者:Kyle Parfrey等/伯克利实验室

黑洞以贪婪著称,猛烈地撞击物质,一旦物质被吞没,连光也逃不掉。

不理解,不过,是黑洞如何在旋转过程中释放能量,在宇宙中最强大的显示器之一中,将接近光速的等离子体射向空间的相反方向。这些喷流可以向外延伸数百万光年。

新模拟为首的研究人员在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校联合几十年的理论提供新的见解的等离子体喷流的驱动机制,让他们偷能量从黑洞的强大的引力场和推动它远离他们目瞪口呆的。

这些模拟可以为视界望远镜的高分辨率观测提供有用的比较,一种阵列,用于提供等离子体射流形成区域的第一个直接图像。

该望远镜将使我们能够对银河系中心的黑洞进行新的观测,以及其他超大质量黑洞的详细视图。

“黑洞旋转的能量是如何被提取出来形成喷射流的?”凯尔·帕弗雷说。当他还是伯克利实验室核科学部的爱因斯坦博士后时,他领导了这项模拟工作。“这个问题已经存在很长时间了。”

现在是马里兰州NASA戈达德太空飞行中心的高级研究员,Parfrey是一项研究的主要作者,1月出版。23日在物理评论快报,这就是模拟研究的细节。

的模拟,第一次,统一一个理论来解释黑洞周围的电流如何将磁场扭曲成喷射流,用另一种理论解释了粒子如何穿越黑洞的不归点——事件视界——在遥远的观察者看来可以携带负能量并降低黑洞的整体旋转能量。

这就像吃零食会让你减少而不是增加卡路里。黑洞实际上会因为吸入这些“负能量”粒子而失去质量。

计算机模拟很难对等离子体射流发射涉及的所有复杂物理过程进行建模,这必须解释电子和正电子对的产生,粒子的加速度机制,以及射流中发出的光。

伯克利实验室在其漫长的历史中对等离子体模拟做出了广泛的贡献。等离子体是一种类似气体的带电粒子混合物,是宇宙中最常见的物质状态。

帕弗雷说,他意识到,要想更好地模拟喷射流,需要结合等离子体物理学和广义相对论的专业知识。

他说:“我认为现在是把这两件事结合起来的好时机。”

在山景城美国宇航局艾姆斯研究中心的超级计算中心进行,加州,这些模拟采用了新的数值技术,提供了第一个无碰撞等离子体模型。在这个模型中,带电粒子之间的碰撞并不起主要作用。

模拟自然产生的效果被称为布兰德福德-茨纳耶克机制,它描述了形成喷射流的扭曲磁场,另一个彭罗斯过程描述了负能量粒子被黑洞吞噬时会发生什么。

彭罗斯的过程,“尽管它对提取黑洞的旋转能量的贡献并不大,”Parfrey说,“可能直接与扭曲射流磁场的电流有关。”

虽然比以前的模型更详细,Parfrey指出,他的团队的模拟仍然在追赶观测结果,并在某些方面理想化,以简化执行模拟所需的计算。

为了更真实地研究射流等离子体分布及其辐射发射,以便与观测结果进行比较,研究小组打算对射流中产生电子-正电子对的过程建立更好的模型。他们还计划扩大模拟的范围,包括黑洞视界周围物质的流入,被称为吸积流。

他说:“我们希望对整个问题提供一个更加一致的看法。”

故事来源:

材料所提供的能源部/劳伦斯伯克利国家实验室注:内容可根据风格和长度进行编辑。


期刊引用:

  1. 凯尔Parfrey,亚历山大•PhilippovBenoit Cerutti。黑洞射流发射的第一原理等离子体模拟物理评论快报,2019;122 (3):10.1103 / PhysRevLett.122.035101

引用这个页面:

能源部/劳伦斯伯克利国家实验室。“如何逃离黑洞:模拟提供了关于强大等离子喷射的新线索:扭曲磁场的相互作用,“负能量”粒子,科学日报。betway必威安卓betway必威安卓《科学日报》,2019年1月24日。
能源部/劳伦斯伯克利国家实验室。(2019年,1月24日)。如何逃离黑洞:模拟提供了关于强大等离子喷射的新线索:扭曲磁场的相互作用,负能量的粒子。 betway必威安卓。检索到1月28日,2019年从www.sciebetway必威安卓ncedaily.com/releases/2019/01/190124133832.htm
能源部/劳伦斯伯克利国家实验室。“如何逃离黑洞:模拟提供了关于强大等离子喷射的新线索:扭曲磁场的相互作用,“负能量”粒子,科学日报。betway必威安卓www.betway必威安卓sciencedaily.com/releases/2019/01/190124133832.htm(浏览日期:2019)。

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