Bagaimana lubang hitam supermasif menyebabkan begitu banyak energi untuk mencerahkan masalahnya ketika gravitasi besarnya mencegah cahaya untuk melarikan diri?

Mengutip artikel surat kabar Jerman Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

Das Materie-Monster sitzt den Angaben zufolge im Herzen der 42 Millionen Lichtjahre memberikan Polarring-Galaxie NGC 660, deren Aktivität innerhalb weniger Monate Hunderte Laki-laki zugenommen hatte.

Setelah kita melihat Massemonster, Mengen Materie verschlucken, adalah aktivator. Bei diesem Prozess wird so viel Energie frei, dass die Materie hell aufleuchtet, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet und ein Teil von ihr in Form von Jets weit in Weltall hinaus geschleudert wird.

Ini diterjemahkan secara kasar ke:

Menurut data, monster-materi berada di tengah-tengah 42 juta tahun cahaya jauh galaksi cincin kutub NGC 660, yang aktivitasnya telah meningkat banyak hanya dalam beberapa bulan.

Hanya ketika Materi-monster ini menelan sejumlah besar materi, mereka menjadi aktif. Proses ini melepaskan begitu banyak energi, yang dengan terang menerangi materi, sebelum menghilang di dalam lubang hitam. Sebagian materi terlontar di alam semesta dalam bentuk jet.

Guru fisika saya pernah mengatakan kepada saya, bahwa lubang hitam hanyalah benda berukuran sangat kecil dan berat yang memiliki begitu banyak gravitasi sehingga tidak ada sama sekali, bahkan cahaya tidak dapat lepas dari gravitasinya. Penjelasan ini juga didukung oleh SE.astronomi ini - Jika tidak ada yang bergerak dengan kecepatan cahaya, kecuali cahaya, bagaimana bisa lubang hitam juga menarik cahaya ke dalam dirinya sendiri? pertanyaan.

• Jika lubang hitam "normal" (bukan supermasif) sudah dapat mencegah cahaya untuk melarikan diri, bagaimana mungkin benda yang ditarik ke dalam lubang hitam dapat menghasilkan energi / cahaya yang tidak dapat lepas dari gravitasi lubang hitam?

• Bagaimana lubang hitam supermasif dapat menarik materi, tetapi bukan foton cahaya dari energi?

• Selain itu: Mengapa bagian dari materi yang ditarik ke dalam lubang hitam terlempar (yaitu dipercepat ) ke alam semesta? Saya mengerti mengapa masalah ini mungkin dibagi - akselerasi meningkat sejauh yang saya tahu kuadrat, yaitu perbedaan dalam hal akselerasi aktual, dalam ketergantungan lokasi mungkin sangat besar sehingga masalah ini tidak dapat disatukan. Tetapi saya tidak mengerti mengapa bagian dari masalah ini dipercepat ke arah yang berlawanan , karena kekuatan yang lebih besar karena gravitasi dari lubang hitam supermasif akan dibutuhkan. Oleh karena itu: Mengapa bagian materi dipercepat ke arah yang berlawanan (yaitu dari gravitasi lubang hitam) daripada bagian lainnya?

Catatan: Pendidikan fisika saya agak terbatas. Saya tahu sedikit tentang gravitasi Newton dan sedikit tentang teori Konservasi energi. Tapi hanya itu yang saya ketahui tentang fisika.

Sangat benar bahwa lubang hitam memiliki massa yang sangat besar sehingga cahaya tidak bisa lepas dari daerah di sekitar lubang hitam. Tepi wilayah ini disebut horizon peristiwa. Jika Anda melewati horizon acara, Anda tidak akan pernah kembali. Itu berlaku sama untuk cahaya, dan materi.

Di sekitar lubang hitam mungkin ada materi di orbit. Karena lubang hitam memiliki gravitasi yang sangat kuat, kecepatan materi yang mengorbit akan sangat cepat. Bahkan itu akan mendekati kecepatan cahaya. Kecepatan tinggi ini memberinya banyak energi. Materi akan membentuk disk, yang disebut disk akresi, di sekitar lubang hitam, dan tabrakan dalam disk ini akan menyebabkan materi memanas, hingga jutaan derajat. Pada suhu ini, disk akan bersinar dengan sinar-X.

Pada bagian cakram yang paling dekat dengan lubang hitam, materi akan jatuh dari cakram, tetapi sebelum mencapai lubang hitam itu bisa mendapatkan energi yang cukup untuk dikeluarkan, pada kecepatan yang sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya. Itu akan dikeluarkan di sudut kanan ke disk, di kutub lubang hitam. Ini adalah "jet". Radiasi intens diproduksi di sepanjang jet ini. Blazer adalah lubang hitam supermasif yang jauh dengan jet yang diarahkan langsung ke kita.

Jadi lubang hitam itu sendiri adalah "hitam", tetapi materi yang mengorbit di sekitarnya mungkin sangat cerah.

Cahaya datang dari luar horizon peristiwa lubang hitam.

Materi tidak dapat jatuh ke dalam lubang hitam tanpa terlebih dahulu kehilangan sebagian besar momentum sudutnya (jika tidak, ia hanya akan terus mengorbit lubang hitam). Ini dicapai dengan transfer luar momentum momentum dengan viskositas (dan cara lain) dalam piringan akresi yang mengelilingi lubang hitam.

Ketika materi semakin dekat ke lubang hitam itu juga kehilangan energi potensial gravitasi dan ini masuk ke (i) memanaskan gas dan (ii) radiasi dari gas.

Sekitar 3 kali jari - jari Schwarzschild dari lubang hitam, materi tersebut bertemu dengan orbit melingkar stabil yang terdalam , yang paling dekat dengan massa yang dapat membuat orbit stabil di sekitar lubang hitam. Biasanya diasumsikan bahwa dari sana material merosot ke dalam lubang hitam dan "hilang" dari alam semesta kita - meningkatkan massa lubang hitam.

Jadi semua radiasi berasal dari bahan yang mengorbit setidaknya 3 kali radius Schwarzschild dari lubang hitam. Tidak ada masalah bagi cahaya untuk "melarikan diri" dari posisi ini, meskipun sangat redshifted oleh gravitasi dan efek doppler relativistik transversal.

Masalah tentang "jet" telah dicakup oleh pertanyaan lain: Mengapa lubang hitam memiliki jet dan disk akresi?

Cara lain untuk mengatakannya adalah dengan memikirkan mengapa planet atau satelit yang mengorbit orang tua mereka tidak jatuh ke dalamnya. Dengan cara yang sama, potongan materi berputar di sekitar lubang hitam . Dalam proses karena energi inersia mereka yang tinggi, mereka mengeluarkan sejumlah energi ketika ditentang oleh partikel lain. Jadi mereka menumpahkan massa dalam bentuk cahaya.

Penting bagi kita untuk menyadari bahwa energi dengan momentum yang tepat (baik arah maupun kecepatan) yang mempersiapkan partikel untuk melepaskan diri dari cengkeraman gravitasi. Jadi jika sebuah partikel cahaya memiliki energi yang cukup dan menuju ke arah yang benar , ia akan lepas dari orbit luarnya di luar horizon peristiwa, biasanya dalam bentuk jet.

Cahaya yang dipancarkan dari jet semacam itu adalah energi yang sangat besar dan biasanya diamati dalam spektrum gamma. Jika Anda tertarik pada bagaimana jet yang dipancarkan ini dapat digunakan untuk mempelajari lubang hitam atau secara umum fisika partikel berenergi tinggi, lihat ke atas, Astronomi Gamma Ray Energi Sangat Tinggi. Ada seluruh kelas objek yang memancarkan foton gamma VHE dan hal-hal menarik lainnya.