Comment un trou noir supermassif peut-il provoquer autant d'énergie pour éclairer sa matière lorsque sa gravité massive empêche la lumière de s'échapper?

Pour citer l'article du journal allemand Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

Das Materie-Monster sitzt den Angaben zufolge im Herzen der 42 Millionen Lichtjahre entfernten Polarring-Galaxie NGC 660, deren Aktivität innerhalb weniger Monate Hunderte Male 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 und ein Teil von ihr dans Form von Jets weit ins Weltall hinaus geschleudert wird.

Cela se traduit grosso modo par:

Selon les données, le monstre de matière se trouve au milieu des 42 millions d'années-lumière de la galaxie à anneau polaire NGC 660, dont l'activité a beaucoup augmenté en seulement quelques mois.

Ce n'est que lorsque ces monstres de matière avalent de grandes quantités de matière qu'ils deviennent actifs. Ce processus libère tellement d'énergie qu'il éclaire la matière avec éclat avant de disparaître à l'intérieur du trou noir. Une partie de la matière est projetée dans l'univers sous forme de jets.

Mon professeur de physique m'a dit une fois, qu'un trou noir n'est qu'un objet très petit et lourd qui a tellement de gravité que rien du tout, pas même la lumière ne peut s'échapper de sa gravité. Cette explication est également soutenue par cette SE.astronomy - Si rien ne se déplace à la vitesse de la lumière, sauf la lumière, comment un trou noir peut-il également attirer la lumière en lui-même? question.

• Si un trou noir "normal" (non supermassif) peut déjà empêcher la lumière de s'échapper, comment la matière qui est attirée dans le trou noir peut-elle produire une énergie / lumière qui ne peut pas échapper à la gravité du trou noir?

• Comment un trou noir supermassif peut-il attirer la matière, mais pas les photons lumineux de l'énergie?

• De plus: Pourquoi une partie de la matière qui est entraînée dans le trou noir est-elle projetée (c'est-à-dire accélérée ) dans l'univers? Je comprends pourquoi cette question est peut-être divisée - l'accélération augmente pour autant que je sache quadratique, c'est-à-dire que les différences en termes d'accélération réelle, en fonction de l'emplacement peuvent être si énormes que la question ne peut pas être maintenue. Mais je ne comprends pas pourquoi une partie de la matière est accélérée dans la direction opposée exacte , car une force plus grande que la gravité du trou noir supermassif serait nécessaire. Par conséquent: Pourquoi une partie de la matière est-elle accélérée dans la direction opposée (c'est-à-dire hors de la gravité du trou noir) que l'autre partie?

Remarque: Mon éducation physique est plutôt limitée. Je connais un peu la gravité newtonienne et un peu la théorie de la conservation de l'énergie. Mais c'est tout ce que je sais de la physique.

Il est tout à fait exact qu'un trou noir a une masse telle que la lumière ne peut pas s'échapper d'une région autour du trou noir. Le bord de cette région est appelé l'horizon des événements. Si vous traversez un horizon d'événements, vous ne reviendrez jamais. Cela vaut également pour la lumière et la matière.

Autour du trou noir, il peut y avoir de la matière en orbite. Étant donné que le trou noir a une telle gravité, la vitesse de la matière en orbite sera très rapide. En fait, il sera proche de la vitesse de la lumière. Cette vitesse élevée lui donne beaucoup d'énergie. La matière formera un disque, appelé disque d'accrétion, autour du trou noir, et les collisions dans ce disque feront chauffer la matière, à des millions de degrés. À ces températures, le disque brillera de rayons X.

Sur la partie du disque la plus proche du trou noir, la matière tombera du disque, mais avant d'atteindre le trou noir, elle peut obtenir suffisamment d'énergie pour être éjectée, à très grande vitesse, près de la vitesse de la lumière. Il est éjecté à angle droit par rapport au disque, aux pôles du trou noir. Ce sont les "jets". Un rayonnement intense est produit le long de ces jets. Les blazars sont des trous noirs supermassifs distants avec des jets pointés droit sur nous.

Le trou noir lui-même est donc "noir", mais la matière en orbite autour de lui peut être très brillante.

La lumière vient de l' extérieur de l'horizon des événements du trou noir.

La matière ne peut pas tomber dans un trou noir sans perdre d'abord la majeure partie de son élan angulaire (sinon elle continuerait simplement à orbiter autour du trou noir). Ceci est accompli par le transfert vers l'extérieur de la quantité de mouvement angulaire par la viscosité (et d'autres moyens) dans un disque d'accrétion entourant le trou noir.

Au fur et à mesure que la matière se rapproche du trou noir, elle perd également de l'énergie potentielle gravitationnelle et cela entre en (i) chauffage du gaz et (ii) rayonnement du gaz.

À environ 3 fois le rayon de Schwarzschild du trou noir, la matière rencontre l' orbite circulaire la plus intérieure stable , qui est la plus proche que tout ce qui a de la masse peut faire une orbite stable autour d'un trou noir. On suppose généralement qu'à partir de là, le matériau plonge dans le trou noir et est "perdu" de notre univers - augmentant la masse du trou noir.

Ainsi, tout le rayonnement provient d'un matériau en orbite qui est au moins 3 fois le rayon de Schwarzschild du trou noir. Il n'y a aucun problème pour que la lumière "s'échappe" de cette position, bien qu'elle soit fortement décalée vers le rouge à la fois par la gravité et par l'effet doppler relativiste transversal.

Le problème des "jets" a été couvert par une autre question: pourquoi les trous noirs ont-ils des jets et des disques d'accrétion?

Une autre façon de le dire est de penser pourquoi les planètes ou les satellites en orbite autour de leurs parents ne leur tombent pas dessus. De la même manière, des morceaux de matière tourbillonnent autour du trou noir . En cours en raison de la forte énergie de leur inertie, ils émettent de l'énergie lorsqu'ils sont opposés par d'autres particules. Ils ont donc versé une certaine masse sous forme de lumière.

Il est important que nous réalisions que c'est l'énergie avec le bon moment (à la fois la direction et la vitesse) qui prépare une particule à échapper aux griffes de la gravité. Donc , si une particule de lumière a suffisamment d' énergie et se dirige dans la bonne direction , il se sortir de son orbite externe au - delà de l'horizon des événements, le plus souvent dans les jets.

La lumière émise par ces jets est d'une énergie immense et est généralement observée dans le spectre gamma. Si vous êtes intéressé par la façon dont ces jets émis peuvent être utilisés pour étudier le trou noir ou en général la physique des particules à haute énergie, recherchez Astronomie des rayons gamma à très haute énergie. Il existe des classes entières d'objets qui émettent des photons gamma VHE et d'autres trucs intrigants.