---

<< 2.2 Mehanizmy aktivnosti galakticheskih 2.4 Prilivnoe razrushenie zvezd >>

Subsections

• 2.3.1 Effektivnost' akkrecii veshestva na chernye dyry

---

2.3 Model' akkrecii veshestva na sverhmasivnuyu chernuyu dyru.

Vozniknovenie massivnyh chernyh dyr v centrah galaktik sleduet iz obshih evolyucionnyh soobrazhenii, kotorye my za otstutstviem mesta ne obsuzhdaem. V 1997 g. v centrah primerno 10 galaktik nablyudayutsya sverhmassivnye chernye dyry:

M87 -

NGC 3115 -

NGC 4486 -

NGC 4594 (Sombrero) -

NGC 3377 -

NGC 3379 -

NGC 4258 -

M31 (Andromeda) -

M32 -

Massy chernyh dyr opredeleny iz nablyudenii dvizheniya zvezd i gaza v centre galaktik s pomosh'yu kosmicheskogo teleskopa im. Habbla (dvizheniya zvezd vblizi chernoi dyry podchinyayutsya teoreme viriala 2<E_k>+<U>=0, U=-GM_bh/r, otkuda dispersiya skorostei zvezd ili krugovaya skorost' vrasheniya gaza na rasstoyanii r ot centra galaktiki . Opredelyaya po effektu Dopplera skorosti na uglovom rasstoyanii ot centra galaktiki i znaya rasstoyanie do galaktiki, poluchaem ocenku massy central'noi chernoi dyry.

Massa chernoi dyry v centre nashei Galaktiki poryadka takzhe opredelena po precizionnomu izmereniyu dvizheniya otdel'nyh zvezd (t.k. centr Galaktiki neprozrachen v opticheskih luchah, izmereniya provodilis' v IK-diapazone).

2.3.1 Effektivnost' akkrecii veshestva na chernye dyry

Kak izvestno, chernaya dyra opisyvaetsya vsego tremya parametrami: massoi M (Shvarcshil'dovskaya chernaya dyra), momentom impul'sa J (Kerrovskaya chernaya dyra) i elkektricheskim zaryadom Q (chernaya dyra Kerra-N'yumana). Gorizont sobytii Shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (t.n. gravitacionnyi ili Shvarcshil'dovskii radius)

Iz-za malosti gravitacionnogo radiusa dazhe dlya massy Solnca chernye dyry otnosyatsya k kompaktnym zvezdam (hotya konechno bukval'no zvezdami-to oni i ne yavlyayutsya, poetomu pravil'nee govorit' o kompaktnyh relyativistskih ob'ektah).

V N'yutonovskom priblizhenii pri padenii veshestva na tyagoteyushee telo massy M s radiusom R na gramm veshestva vydelyaetsya gravitacionnaya energiya

(zdes' my prenebregli nachal'noi potencial'noi i kineticheskoi energiei na udalennom rasstoyanii ot tyagoteyushego centra). Esli temp akkrecii (gramm v sekundu) , to moshnost' vydelyaemoi energii

gde - effektivnost' energovydeleniya na gramm veshestva.

Esli u tela est' poverhnost' (naprimer, zvezda), gravitacionnaya energiya vydelyaetsya pri udare ot poverhnost'. No u chernoi dyry net poverhnosti - chtoby vydelilas' gravitacionnaya energiya, trebuyutsya special'nye rezhimy padeniya. Naprimer, pri strogom sfericheski- simmetrichnom rezhime padeniya na chernuyu dyru effektivnost' energovydelenyai polnost'yu opredelyaetsya fizicheskimi usloviyami v padayushei plazme (plotnost', temperatura, magnitnoe pole) i kak pravilo ochen' nizka, . V real'nyh astrofizicheskih usloviyah plazma kak pravilo obladaet otlichnym ot nulya momentom impul'sa , poetomu pri dvizhenii v pole tyagoteyushego tela poyavlyaetsya centrobezhnyi bar'er, . Dlya ego preodoleniya veshestvo dolzhno otdat' moment impul'sa. Dlya etogo neobhodimo, chtoby (1) gaz v diske vrashalsya differencial'no i (2) sushestvoval effektivnyi mehanizm vyazkosti mezhdu sosednimi sloyami. Pevoe trebovanie avtomaticheski vypolnyaetsya prakticheski vsegda, t.k. probnaya chastica s nenulevym momentom impul'sa dvizhetsya v pole tyagoteniya po keplerovskoi orbite. Dlya dvizheniya po krugovoi Keplerovskoi orbite s radiusom r tangencial'naya skorost' , krugovaya chastota , poetomu voznikayut otlichnye ot nulya sdvigovye napryazheniya . Esli koefficient dinamicheskoi vyazkosti otlichen ot nulya, to voznikayut vyazkie napryazheniya (t.e. sila treniya, deistvuyushaya na edinicu ploshadi) . Po teoreme iz mehaniki otlichnyi ot nulya moment vyazkih sil, deistvuyushih na kol'co radiusa r, privodit k izmeneniyu ego momenta impul'sa. Mehanizm vyazkosti v akkrecionnyh diskah okonchatel'no ne vyyasnen, odnako naibolee veroyatno, chto vyazkost' svyazana s turbulentnymi dvizheniyami plazmy v differencial'no vrashayushemsya gazovom diske.

Takim obrazom, pri nalichii vyazkosti moment impul'sa peredaetsya vyazkimi napryazheniyami po radiusu vdol' diska naruzhu, pri etom veshestvo nachinaet medlenno priblizhat'sya k central'nomu telu. Iz-za sil treniya gaz razogrevaetsya do vysokih temperatur, i osvobozhdaemaya gravitacionnaya energiya pererabatyvaetsya v elektromagnitnoe izluchenie. Takie diski (s vyazkost'yu, v otlichie, naprimer, ot kolec Saturna) nazyvayutsya akkrecionnymi. Oni voznikayut v dvoinyh zvezdnyh sistemah pri peretekanii veshestva s odnoi zvezdy na druguyu (takie yavleniya vozmozhny pri evolyucionnom rasshirenii odnoi iz zvezd). Akkrecionye diski takzhe mogut obrazovat'sya vblizi sverhmassivnoi chernoi dyry v centre aktivnoi galaktiki ili kvazara. Veshestvo dlya diska postavlyaetsya zvezdami, razrushayushimisya prilivnymi silami pri proletah vblizi chernoi dyry. Poskol'ku moment impul'sa zvezd otnositel'no chernoi dyry nenulevoi (osobenno v spiral'nyh galaktikah), veshestvo obrazuet disk (v nastoyashee vremya gazo-pylevye diski malyh razmerov v yadrah galaktik neposredstvenno nablyudayutsya v opticheskom i IK-diapazonah s borta kosmicheskogo teleskopa im. Habbla i krupnymi nazemnymi teleskopami).

Polnaya svetimost' akkrecionnogo diska ne zavisit ot mehanizma vyazkosti i opredelyaetsya granichnymi usloviyami - tempom vtekaniya veshestva v disk, , radiusom vnutrennei granicy diska R_i i znacheniem udel'nogo momenta impul'sa na vnutrennei granice¹. Esli veshestvo v diske dvizhetsya po Keplerovskim orbitam vplot' do samoi vnutrennei granicy, ego polnaya svetimost'

t.e. ravna rovno polovine vydelyaemoi gravitacionnoi energii (drugaya polovina idet na uvelichenie kineticheskoi energii dvizheniya chatsic, v sootvetstvii s teoremoi viriala). Drugimi slovami mozhno skazat', chto svetimost' diska na gramm veshestva v tochnosti ravna gravitacionnoi energii svyazi na vnutrennei granice. Deistvitel'no, v n'yutonovskom sluchae eta energiya est' . Pri akkrecii na chernuyu dyru vnutrennii radius diska opredelyaetsya poslednei ustoichivoi Keplerovskoi orbitoi². Eto oznachaet, chto pri men'shih rasstoyaniyah do tyagoteyushego centra orbita perestaet byt' zamknutoi i probnaya chastica padaet na tyagoteyushii centr za vremya svobodnogo padeniya. V sluchae nevrashayusheisya chernoi dyry, opisyvayusheisya metrikoi Shvarcshil'da v OTO, R_i=3R_g, gde R_g=2GM/c² - gravitacionnyi radius. Dlya chernyh dyr s otlichnym ot nulya momentom impul'sa radius ustoichivoi orbity v kvatorial'noi ploskosti men'she treh grav. radiusov i priblizhaetsya k 3/2 R_g dlya predel'no vrashayusheisya Kerrovskoi chernoi dyry.

Energovydelenie v diske chasto zapisyvayut v vide

gde - effektivnost' pererabotki energii pokoya v elektromagnitnuyu. V akkrecionnyh diskah eta velichina rekordno vysoka: pri akkrecii na Shvarcshil'dovskuyu chernuyu dyru ili na neitronnuyu zvezdu solnechnoi mascy s radiusom okolo 10 km, i dostigaet pri akkrecii na kerrovskuyu predel'no vrashayushuyusya chernuyu dyru. (Dlya sravneniya: v himicheskih reakciyah (gorenie drov, vzryv trotila) , v termoyadernyh reakciyah (vodorodnaya bomba, nedra zvezd) ``vsego'' !). Mozhno skazat', chto akkrecionnye diski - ochent effektivnye "mashiny" po pererabotke gravitacionnoi energii v izluchenie.

Spektry vyhodyashego izlucheniya iz akkrecionnyh diskov vokrug sverhmassivnyh chernyh dyr v centrah aktivnyh galaktik i kvazarov v celom horosho opisyvayut nablyudaemoe raspredelenie energii. Ostaetsya nereshennym vopros o formirovanii uzkokollimirovannyh relyativistskih dzhetov iz yader galaktik i kvazarov. Po-vidimomu, sushestvennuyu rol' v formirovanii takih vybrosov igraet magnitnoe pole, obyazatel'no prisutstvuyushee v plazme. Dzhet mozhet formirovat'sya libo v okrestnosti vrashayusheisya chernoi dyry , okruzhennoi akkrecionnym diskom s magnitnym polem (pri etom izvlekaetsya energiya vrasheniya chernoi dyry, tak nazyvaemyi mehanizm Blendforda-Znaeka), libo pri magnitogidrodinamicheskom istechenii veshestva iz vnutrennih chastei akkrecionnogo diska. Otlichitel'nym svoistvom dzheta, formiruemogo mehanizmom Blendforda-Znaeka, dolzhna byt' generaciya elektronno-pozitronnoi plazmy. Poka ne naideno vozmozhnosti razlichit' eti mehanizmy.

---

<< 2.2 Mehanizmy aktivnosti galakticheskih 2.4 Prilivnoe razrushenie zvezd >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika Publikacii so slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika
Sm. takzhe: Chernaya dyra razrushaet zvezdu: animaciya Zvezdy, pyl' i tumannost' v NGC 6559 25 samyh yarkih zvezd na nochnom nebe Animaciya: chernaya dyra razrushaet zvezdu Razlozhenie dalekogo sveta Sravnenie razmerov zvezd Samaya dalekaya iz vseh izvestnyh zvezd? Vse publikacii na tu zhe temu >>