Pomocí superpočítačové simulace plynu padajícího do černé díry provedli vědečtí pracovníci Johns Hopkins University a Rochester Institute of Technology pod vedením Jeremyho Shnittmana důkladnou analýzu způsobu, jakým způsobem vzniká RTG záření v akrečním disku okolo černých děr. Vše si můžete prohlédnout v názorném videu.
Rozžhavený plyn, padající ve spirále do černé díry, dosahuje až poloviny rychlosti světla. Vnější pozorovatel (ve videu cca 45° nad rovinou akrečního disku) by pak díky dopplerovskému posunu extrémně rychle se pohybující hmoty, viděl jasněji tu část hmoty, která se pohybuje k pozorovateli, přičemž hmota pohybující se směrem od pozorovatele vyzařuje ve zdánlivě menších energiích. Tenká osamocená prstencová hranice poblíž horizontu událostí je gravitačně-optický jev, kdy je pozorovateli vraceno vzdálenější světlo jdoucí opačným směrem, to se tak díky obrovské gravitaci černé díry obtočí opačným směrem.
Dlouholetá pozorování černých děr však ukazují, že oblast akrečního disku je rovněž silným zdrojem vysokoenergetického (tvrdého) RTG záření. Mechanismus jeho vzniku právě objasnila zmíněná simulace.
Vlivem extrémně silného a extrémně rychle se měnícího magnetického pole černé díry jsou v jejím širším okolí urychlovány nabité částice na zlomek rychlosti světla. Ty pak tvoří obalové halo v okolí akrečního disku. Když do oblasti hala vletí nízkoenergetický RTG foton, vlivem náhodného rozptylu na urychlených částicích dojde k navýšení jeho energie. Tomuto jevu se říká inverzní Comptonův (neelastický) jev – ultrarelativistický elektron se srazí s nízkoenergetickým "měkkým" RTG fotonem a tím mu předá energii. Foton tím získá vyšší energii tvrdého RTG záření.
V simulaci je dále zmíněno, že rychlý chaotický pohyb materiálu hala vyvolávající tvrdé RTG záření v důsledku své rychlosti anuluje dopplerovský kontrast pozorovaný u měkké složky RTG záření.
Tajemství těchto násilných vesmírných objektů, jejichž pozorování je už ze základu nemožné až problematické, tak bylo opět poodhaleno pomocí poctivé pozemské simulace.
Zdroj: NASA
Záhadné škytání supermasivní černé díry vyvolává obíhající malá černá díra
Autor: Stanislav Mihulka (01.04.2024)
Vyžírají hvězdy zevnitř parazitické černé díry?
Autor: Stanislav Mihulka (16.12.2023)
Rekordní supermasivní černá díra je ve vesmíru starém jen 470 milionů let
Autor: Stanislav Mihulka (07.11.2023)
Kvasarové hodiny ukazují, že v mladém vesmíru běžel čas pětkrát pomaleji
Autor: Stanislav Mihulka (03.07.2023)
Gravitační astronomové vystopovali černou díru požírající neutronovou hvězdu
Autor: Stanislav Mihulka (22.05.2023)
Diskuze:
Jiří Havránek,2013-06-22 09:54:15
Na otestování zodpovědnosti tohoto modelu za daný efekt by bylo vhodné pozorování přechodu vzdálenějších objektů za černou dírou bez aktivního akrečního disku.
Pochopitelně je to kravina
Vladimír Wagner,2013-06-20 14:53:12
ve vakuu se foton s libovolnou energií pohybuje stejnou rychlostí a nemůže být urychlen. Klasický Comptonův rozptyl je rozptyl vysokoenergetického fotonu na elektronu, při kterém foton předá i značnou část své energie elektronu. Ale opravdu se tím nezpomalí :-) Bude mít stále rychlost světla. U obráceného Comptonova rozptylu se foton s nízkou energií rozptýlí na elektronu s velmi vysokou energií a energií získá, může tak přejít s frekvence viditelného záření až k frekvenci rentgenovské. Ale nezrychlí se, opět jeho rychlost zůstane stejná. Přesně jak psal i paní Zahradnikova.
to mělo být k diskuzi o inverzním
Vladimír Wagner,2013-06-20 15:08:41
Comptonově rozptylu. Když už tady dávám dodatek, tak bych měl ještě poznámku. V Comptonově rozptylu i Comptonově rozptylu musí vystupovat elektron (pozitron). U inverzního Comptonova rozptylu musí být jeho energie relativistická až ultrarelatiistická, takže je opravdu hodně blízká rychlosti světla. Takový způsob produkce vysokoenergetických rentgenovských fotonů v koronách z relativistických elektronů je u astrofyzkálních objektů docela běžný.
oprava chyby
Jan Tomáštík,2013-06-22 17:09:30
Ano, všiml jsem si chyby. Pochopitelně fotony létají ve vakuu stále rychlostí "c", výrazem "urychlit" jsem za použití poněkud interní vědecké hatmatilky popisoval navýšení energie (zkrácení vlnové délky) fotonu.
Nicméně u popisu inverzního Comptonova rozptylu pro tuto konkrétní interakci byla skutečná chyba a můj překlep: "pomalé" RTG fotony. Zamýšlej jsem "měkké" RTG fotony.
Děkuji za upozornění
magnetické pole černé diry
Sam Hall,2013-06-20 12:12:27
Mám dotaz na erudovanější. V článku je zmíněno magnetické pole černé díry, byl jsem přesvědčen, že černé díry se na venek projevují jen gravitací a zachovávají se jen veličiny, pro něž platí zákony zachování. Magneticé pole černé díry je nějaká nová teorie?
máte na mysli teorém "černá díra nemá vlasy&q
Pavel Brož,2013-06-20 17:16:38
podle nějž se při kolapsu hmoty do černé díry jedinými "přeživšími" parametry jsou hmotnost černé díry, její moment hybnosti, a její elektrický náboj. Tento teorém ale nic neříká o charakteristice hmoty, která se stále ještě nachází nad horizontem, tj. která ještě nezkolobavala. Zmíněné magnetické pole je samozřejmě generováno pohybem nabitých částic v akrečním disku, nikoliv samotnou černou dírou. Jakmile akrece skončí, tj. veškerá hmota zkolabuje pod horizont, a černá díra kolem sebe nebude mít už další hmotu k pojídání, tak magnetické pole vymizí, a teorém černá díra nemá vlasy se opět uplatní - jedinými znějšku pozorovatelnými parametry už zklidněné černé díry budou opět jen její hmotnost, moment hybnosti a elektrický náboj.
Jiří Havránek,2013-06-22 09:37:25
dalším přeživším parametrem je unášený prostoročas (nebo po mém unášená struktura vakua), který je svázán s rotací pod horizontem. Název toho teorému je zavádějící.
Jiří Havránek,2013-06-22 12:24:10
Ještě k tomuto otázka: Jaká se předpokládá distribuce náboje v čd?
ad přeživší parametry černé díry
Pavel Brož,2013-06-23 00:31:51
Těmi parametry černé díry se samozřejmě myslí parametry, na nichž závisí metrika prostoročasu odpovídajícího černé díře, což je Kerr-Newmanova metrika, viz http://en.wikipedia.org/wiki/Kerr%E2%80%93Newman_metric. Za velice obecných podmínek vytvoří gravitačně kolabující hmota právě prostoročas popisovaný Kerr-Newmanovou metrikou. Tato metrika popisuje jak tzv. strhávání prostoročasu v okolí rotující černé díry, tak všechny další potřebné charakteristiky. Nicméně sama tato metrika závisí pouze na třech parametrech - parametru, který koresponduje s celkovou hmotností následně zkolabované hmoty, parametru, který koresponduje s momentem hybnosti této hmoty, a parametru, který koresponduje s jejím elektrickým nábojem.
Tím je také zodpovězena otázka distribuce elektrického náboje v černé díře. Elektrický náboj, stejně tak jako celková hmotnost a moment hybnosti, jsou de facto soustředěny v centrální singularitě, protože při pádu testovací nabité částice do černé díry žádný elektrický náboj, ani hmotnost, ani moment hybnosti, není touto částicí "míjen", všechny tyto tři kvantity zůstávají po celý konečný zbývající vlastní čas testovací částice v oblasti "pod" ní. Na druhou stranu ale všechny tyto tři parametry ovlivňují tvar Kerr-Newmanovy metriky v každém bodě prostoru, tedy i velice daleko nad jejím horizontem.
Název toho teorému se může zdát sice zvláštní, nicméně je naopak velice výstižný - vystihuje právě tu univerzálnost prostoročasu odpovídajícímu zkolabované hmotě, protože říká, že bez ohledu na to, jak komplikovaná a složitá může být jak samotná hmota, tak její dynamika (čemuž odpovídá nekonečná rozmanitost prostoročasových řešení odpovídajících této pohybující se hmotě), tak po kolapsu, bez ohledu na jeho detailní průběh, z veškeré této nekonečné pestrosti prostoročasových řešení zbude jenom univerzální Kerr-Newmanovo řešení, které je popsané jenom třemi parametry. Což nebyl a priori samozřejmý ani očekávatelný výsledek, taky mohlo z těch rovnic vyjít, že výsledné řešení bude popisováno více parametry, třeba i nekonečně mnoha. Z hlediska klasické elektrodynamiky se třeba zdá paradoxní, že přežije moment hybnosti a elektrický náboj, ale ne už třeba magnetický moment, jak by se u rotujícího nabitého tělesa slušelo.
Jiří Havránek,2013-06-23 14:17:21
diky za odpověď. Nebyla by výstižnější formulace "elektromagnetická plešatost černé díry"?
ono se jedná spíše o to, co se ujme
Pavel Brož,2013-06-23 17:16:06
Ostatně samotný pojem černá díra se prosadil až mnoho let po jejím teoretickém objevu, a stejně tak tomu bylo i s velkým třeskem, ale také třeba inflačním rozpínáním či pojmenováním typů kvarků. Často se ujme to, co je vtipné a výstižné, samozřejmě ale mnohem více je těch obyčejných názvů, jako je třeba svaz spinu se statistikou, standardní model, asymptotická volnost, atd..
Foton je tím urychlen
Martin Kovář,2013-06-20 09:03:36
Mám dojem, že ten foton už nemůže být urychlen - alespoň v rámci krátkých vzdáleností mezi jednotlivými srážkami se pohybuje rychlostí c. V tomto směru by bylo vhodné formulovat inverzní Comptonův rozptyl trochu lépe.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
