Como um buraco negro supermassivo pode causar tanta energia para iluminar sua matéria quando sua gravidade maciça impede que a luz escape?

Para citar o artigo do jornal alemão Astronomen beobachten erwachendes Schwarzes Loch :

O Monstro da Matéria, com sede em Angaben, no Reino Unido, possui 42 milhões de galerias, incluindo Galaxie Polarring NGC 660, e a Ativação Interna do Monge Hunderte Male zugenommen hatte.

Antes que o Massemonster Große Mengen Materie verschlucken, werden sie aktiv. Como este processo é tão energético, como o inferno material, é o Schwarzen Loch verschwindet e um Teil no seu formulário de jatos, dentro de Weltall hinaus geschleudert wird.

Isso se traduz aproximadamente em:

Segundo os dados, o monstro da matéria está no meio dos 42 milhões de anos-luz de distância da galáxia do anel polar NGC 660, cuja atividade aumentou muito em apenas alguns meses.

Somente quando esses monstros da Matéria engolem grandes quantidades de matéria, eles se tornam ativos. Esse processo libera tanta energia que ilumina brilhantemente o assunto antes que ele desapareça dentro do buraco negro. Uma parte da matéria é lançada no universo na forma de jatos.

Meu professor de física me disse uma vez, que um buraco negro é apenas um objeto muito pequeno e pesado que tem tanta gravidade que nada, nem mesmo a luz pode escapar de sua gravidade. Essa explicação também é apoiada por esta SE.astronomy - Se nada viaja na velocidade da luz, exceto a luz, como um buraco negro também pode puxar a luz para dentro de si? questão.

• Se um buraco negro "normal" (não supermassivo) já pode impedir que a luz escape, como a matéria que é puxada para dentro do buraco negro pode produzir energia / luz que não pode escapar da gravidade do buraco negro?

• Como pode um buraco negro supermassivo ser capaz de puxar matéria, mas não os fótons de luz da energia?

• Além disso: Por que parte da matéria que é puxada para o buraco negro é lançada (ou seja, acelerada ) para o universo? Entendo por que esse assunto talvez esteja dividido - a aceleração aumenta até onde eu sei quadrática, ou seja, as diferenças em termos da aceleração real, na dependência da localização, podem ser tão grandes que o assunto não pode ser mantido em conjunto. Mas não entendo por que uma parte da matéria é acelerada na direção oposta exata , como uma força maior que a gravidade do buraco negro supermassivo seria necessária. Portanto: Por que uma parte da matéria é acelerada na direção oposta (isto é, fora da gravidade do buraco negro) do que a outra parte?

Nota: Minha educação física é bastante limitada. Eu sei um pouco sobre a gravidade newtoniana e um pouco sobre a teoria da conservação da energia. Mas é tudo o que sei sobre física.

É bastante correto que um buraco negro tenha tanta massa que a luz não possa escapar de uma região ao redor do buraco negro. A borda desta região é chamada de horizonte de eventos. Se você cruzar um horizonte de eventos, nunca mais voltará. Isso se aplica igualmente à luz e à matéria.

Ao redor do buraco negro, pode haver matéria em órbita. Como o buraco negro tem uma gravidade tão forte, a velocidade da matéria em órbita será muito rápida. De fato, estará próximo da velocidade da luz. Essa alta velocidade fornece muita energia. A matéria formará um disco, chamado disco de acreção, ao redor do buraco negro, e as colisões nesse disco farão com que a matéria aqueça, em milhões de graus. Nessas temperaturas, o disco brilha com raios-X.

Na parte do disco mais próxima do buraco negro, a matéria estará caindo do disco, mas antes que atinja o buraco negro pode obter energia suficiente para ser ejetada para fora, a uma velocidade muito alta, próxima à velocidade da luz. Ele é ejetado perpendicularmente ao disco, nos pólos do buraco negro. Estes são os "jatos". Radiação intensa é produzida ao longo desses jatos. Blazars são buracos negros supermassivos distantes com jatos apontados diretamente para nós.

Portanto, o próprio buraco negro é "preto", mas a matéria que orbita em torno dele pode ser muito brilhante.

A luz vem de fora do horizonte de eventos do buraco negro.

A matéria não pode cair em um buraco negro sem primeiro perder a maior parte de seu momento angular (caso contrário, continuaria orbitando o buraco negro). Isso é realizado pela transferência externa do momento angular por viscosidade (e outros meios) em um disco de acreção ao redor do buraco negro.

À medida que a matéria se aproxima do buraco negro, também perde energia potencial gravitacional e isso entra em (i) aquecimento do gás e (ii) radiação do gás.

Cerca de três vezes o raio de Schwarzschild do buraco negro, a matéria encontra a órbita circular estável mais interna , que é a mais próxima que qualquer coisa com massa pode fazer uma órbita estável em torno de um buraco negro. Supõe-se geralmente que a partir daí o material despenca no buraco negro e é "perdido" do nosso universo - aumentando a massa do buraco negro.

Portanto, toda a radiação vem de material em órbita que é pelo menos três vezes o raio de Schwarzschild do buraco negro. Não há problema para a luz "escapar" dessa posição, embora seja fortemente desviada para o vermelho tanto pela gravidade quanto pelo efeito doppler relativista transversal.

A questão sobre "jatos" foi abordada por outra pergunta: por que os buracos negros têm jatos e discos de acúmulo?

Outra maneira de dizer isso é pensar por que planetas ou satélites que orbitam seus pais não caem neles. De maneira semelhante, pedaços de matéria rodopiam em torno do buraco negro . No processo devido à alta energia de sua inércia, eles emitem energia quando opostos por outras partículas. Então eles lançaram um pouco de massa na forma de luz.

É importante que percebamos que é a energia com o momento certo (direção e velocidade) que prepara uma partícula para escapar das garras da gravidade. Assim, se uma partícula de luz tem energia suficiente e está indo na direção certa , ele vai escapar de sua órbita externa para além do horizonte de eventos, geralmente em jatos.

A luz emitida por esses jatos é de imensa energia e geralmente é observada no espectro gama. Se você estiver interessado em saber como esses jatos emitidos podem ser usados ​​para estudar o buraco negro ou, em geral, a física de partículas de alta energia, consulte Astronomia de raios gama de energia muito alta. Existem classes inteiras de objetos que emitem fótons gama VHE e outras coisas intrigantes.