Come può un buco nero supermassiccio causare così tanta energia per illuminare la sua materia quando la sua enorme gravità impedisce alla luce di fuggire?

Per citare l'articolo newpaper tedesco Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

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

Prima di tutto, Massemonster große Mengen Materie verschlucken, werden sie aktiv. Bei diesem Prozess wird so viel Energie frei, dass die Materie hell aufleuchtet, bevor sie in Schwarzen Loch verschwindet und ein Teil von ihr in Form von Jets weit in Weltall hinaus geschleudert wird.

Questo si traduce approssimativamente in:

Secondo i dati, il mostro-materia si trova nel bel mezzo dei 42 milioni di anni luce di distanza dalla galassia ad anello polare NGC 660, la cui attività è aumentata molto in pochi mesi.

Solo quando questi mostri Materia inghiottono grandi quantità di materia, diventano attivi. Questo processo rilascia così tanta energia, che illumina brillantemente la materia, prima che scompaia all'interno del buco nero. Una parte della questione viene proiettata nell'universo sotto forma di getti.

Il mio insegnante di fisica mi ha detto una volta che un buco nero è solo un oggetto molto piccolo e pesante che ha così tanta gravità che nulla, nemmeno la luce non può sfuggire alla sua gravità. Questa spiegazione è supportata anche da questa SE.astronomia - Se nulla viaggia alla velocità della luce, tranne la luce, come può un buco nero anche tirare la luce in se stesso? domanda.

• Se un buco nero "normale" (non supermassiccio) può già impedire alla luce di sfuggire, come può la materia estratta dal buco nero produrre energia / luce che non può sfuggire alla gravità del buco nero?

• Come può un buco nero supermassiccio essere in grado di estrarre la materia, ma non i fotoni di luce dell'energia?

• Inoltre: Perché parte della materia che viene trascinata nel buco nero viene lanciata (cioè accelerata ) nell'universo? Capisco perché questa materia sia forse divisa: l'accelerazione aumenta per quanto ne so quadratica, cioè le differenze in termini di accelerazione effettiva, in dipendenza della posizione possono essere così enormi che la materia non può essere tenuta insieme. Ma non capisco perché una parte della questione sia accelerata nella direzione esattamente opposta , poiché sarebbe necessaria una forza maggiore della gravità del buco nero supermassiccio. Pertanto: perché una parte della materia è accelerata nella direzione opposta (cioè fuori dalla gravità del buco nero) rispetto all'altra parte?

Nota: la mia educazione fisica è piuttosto limitata. Conosco un po 'della gravità newtoniana e un po' della teoria della conservazione dell'energia. Ma questo è tutto ciò che so di fisica.

È del tutto corretto che un buco nero abbia così tanta massa che la luce non può sfuggire da una regione attorno al buco nero. Il limite di questa regione è chiamato orizzonte degli eventi. Se attraversi un orizzonte degli eventi non torni più indietro. Ciò vale anche per la luce e la materia.

Intorno al buco nero potrebbe esserci della materia in orbita. Poiché il buco nero ha una gravità così forte, la velocità della materia orbitante sarà molto veloce. In effetti sarà vicino alla velocità della luce. Questa alta velocità gli dà molta energia. La materia formerà un disco, chiamato disco di accrescimento, attorno al buco nero e le collisioni in questo disco causeranno il riscaldamento della materia, a milioni di gradi. A queste temperature, il disco si illuminerà di raggi X.

Sulla parte del disco più vicina al buco nero, la materia cadrà dal disco, ma prima che raggiunga il buco nero può ottenere abbastanza energia per essere espulsa, ad altissima velocità, vicino alla velocità della luce. Viene espulso ad angolo retto rispetto al disco, ai poli del buco nero. Questi sono i "getti". La radiazione intensa viene prodotta lungo questi getti. I blazer sono buchi neri supermassicci distanti con getti che sono puntati proprio verso di noi.

Quindi il buco nero stesso è "nero", ma la materia che lo circonda può essere molto luminosa.

La luce proviene ben oltre l'orizzonte degli eventi del buco nero.

La materia non può cadere in un buco nero senza prima perdere gran parte del suo momento angolare (altrimenti continuerebbe a orbitare attorno al buco nero). Ciò si ottiene mediante il trasferimento esterno del momento angolare per viscosità (e altri mezzi) in un disco di accrescimento che circonda il buco nero.

Man mano che la materia si avvicina al buco nero, perde anche energia potenziale gravitazionale e questo va a (i) riscaldare il gas e (ii) radiazioni dal gas.

Circa 3 volte il raggio di Schwarzschild del buco nero, la materia incontra l' orbita circolare più interna più stabile , che è la più vicina che qualsiasi cosa con massa può fare un'orbita stabile attorno a un buco nero. Di solito si presume che da lì il materiale precipiti nel buco nero e sia "perso" dal nostro universo, aumentando la massa del buco nero.

Quindi tutta la radiazione proviene da materiale in orbita che è almeno 3 volte il raggio di Schwarzschild dal buco nero. Non vi è alcun problema per la "fuga" della luce da questa posizione, sebbene sia fortemente spostata in rosso dalla gravità e dall'effetto doppler relativistico trasversale.

La questione dei "getti" è stata trattata da un'altra domanda: perché i buchi neri hanno getti e dischi di accrescimento?

Un altro modo per dirlo è pensare al motivo per cui pianeti o satelliti in orbita attorno ai loro genitori non vi cadono dentro. Allo stesso modo grossi pezzi di materia ruotano attorno al buco nero . Nel processo a causa dell'alta energia della loro inerzia, emettono un po 'di energia quando contrastati da altre particelle. Quindi versarono un po 'di massa sotto forma di luce.

È importante renderci conto che è l'energia con il giusto momento (sia in direzione che in velocità) che prepara una particella a sfuggire alle grinfie di gravità. Quindi, se un particella di luce ha abbastanza energia e sta andando nella giusta direzione , che sarà fuggire dalla sua orbita esterna oltre l'orizzonte degli eventi, di solito in jet.

La luce emessa da tali getti è di immensa energia e di solito si osserva nello spettro gamma. Se sei interessato a come questi getti emessi possono essere usati per studiare il buco nero o in generale la fisica delle particelle ad alta energia, cerca Astronomia a raggi gamma ad altissima energia. Esistono intere classi di oggetti che emettono fotoni gamma VHE e altre cose intriganti.