|
початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
магнітосфері СОНЦЯ
- Всупленіе
- Енергетичне випромінювання Сонця і протуберанці
- Сонце - чорна діра - куля, що світиться або звичайне Сонце
- магнітосфера Сонця
- Корональні діри - погляд в негативне простір
- Гамма-випромінювання Сонця
Якісні властивості магнітосфери чорної діри
У прийнятих моделях аккреционного диска навколо надмасивної чорної діри гравітаційна енергія безперервно переходить в кінетичну, теплову і магнітну енергію в результаті -спільне дії в'язкості, а й розтягування і перез'єднання магнітних силових ліній. За своїм походженням в'язкість може бути турбулентної, магнітної, радіаційної або навіть молекулярної [7,8]. Кількість виділяється теплової енергії досить, щоб підтримувати газ диска сильно іонізованним. Отже, такий газ є прекрасним провідником, що означає вмороженность магнітних полів диска в плазму ( "ідеальна магнітогідродинаміка"), якщо не враховувати деякий перез'єднання силових ліній, коли поле стає занадто хаотичним і заплутаним, і деякий макроскопическое прослизання поля крізь плазму через Релей - тейлоровской нестійкості. У міру того як плазма диска, що знаходиться під дією в'язкості, поступово по спіралі падає в чорну діру, вона несе з собою вморожує в неї магнітне поле і звільняється від цього поля на розтягнутому горизонті діри.
На рис. 10 показані центральна область такого аккреционного диска і вморожені в нього магнітні поля. Диск лежить в екваторіальній площині діри через ефект Бардіна- Петтерсона.
 |
Мал.
10. Внутрішня область аккреционного диска навколо чорної дири- з пронизливими її магнітними силовими лініями.
Хоча диск зображений тонким, аналіз, даний в тексті, цього ні в якій мірі не передбачає.
поверхня
|
використовуються при обговоренні збереження магнітного потоку.
(Малюнок відтворюється по роботі [4].)
Надалі ми скористаємося рівняннями Максвелла і результатами модельних задач роботи 3, щоб розібратися в якісній структурі магнітосфери діри і диска.
Поблизу горизонту фізична ситуація може бути досить складним. Наприклад, перез'єднання силових ліній може бути частим явищем і приводити до серйозних порушень вмороженності поля в плазму, а поле на горизонті може іноді ставати настільки сильним, що буде виштовхувати від дірки назад в диск (Релей-Тейлоровской нестійкість). Проте далеко від діри ідеальна магнітогідродинаміка (МГД), мабуть, може служити прекрасним наближенням ..
Відповідно до закону Фарадея, застосованого до 
Вираз для ЕРС в правій частині можна переписати, щоб висловити її через магнітне поле в диску, скориставшись для цього умовою вмороженності, справедливим в МГД: де v - швидкість плазми в диску.
Тоді рівняння набирає вигляду:
Це рівняння має очевидну фізичну інтерпретацію: швидкість зміни магнітного потоку через поверхню 
(Вимірювана в перерахунку на одиницю світового часу) дорівнює темпу, з яким магнітне поле переноситься через контур 
поточної всередину плазмою. Таким чином, магнітний потік зберігається з плином часу; потік через може збільшуватися або зменшуватися тільки в результаті того, що магнітні силові лінії фізично переносяться всередину або назовні через . Цей висновок, який є очевидним в плоскому просторі при відсутності гравітації, залишається справедливим і в викривленому просторі навколо чорної діри і в присутності гравітаційного і гравітомагнітного полів діри.
Розглянемо тепер долю магнітних силових ліній, які переносяться до дірі плазмою диска. У міру того як плазма досягає внутрішнього краю диска (поблизу мінімального радіуса стійких кругових орбіт; см. [7]) і потім по спіралі падає в діру, вона стає причинно не пов'язаної з силовими лініями, які вона несла. Однак це зовсім не означає, що переноситься поле стає вільним. Закон збереження потоку (1.3) гарантує, що силові лінії, навіть відірвавшись від своїх джерел, не можуть піти на нескінченність. Вони можуть або виштовхувати назад в диск (Релей-Тейлоровской нестійкість), або пронизувати майже вакуумний зазор між дірою і диском, або максвелловскую тиску прилеглих силових ліній можуть заштовхувати їх в дірку.
Ми можемо скласти якісне уявлення про еволюцію поля поблизу діри, комбінуючи міркування про максвелловскую тиску і максвелловскую натягу. Розглянемо спочатку ідеалізовану магнітну силову лінію у вигляді петлі, зображену на діаграмі a1 рис. 11. Самий лівий край цій петлі вже перенесений плазмою, в яку він був вморожени, через розтягнутий горизонт, а частина, що залишилася петлі недавно вивільнилася, коли плазма, яка перебувала всередині петлі, впала в діру, залишивши петлю позаду. В цю мить петля виявилася вільної в майже повному вакуумі в області сверхсильного гравітаційного поля прямо над розтягнутим горизонтом. Коли утримувала петлю плазма покинула її, виявилося, що максвелловское натяг уздовж силової лінії вже не врівноважується іншими силами, що діють на плазму, тому силова лінія стискується і укладається паралельно розтягнутому горизонту, генеруючи тим самим струм на горизонті (закон Ампера, діаграма А2), а потім знищується під дією цього струму (омічний нагрів, діаграма аЗ)
Розглянемо тепер магнітні силові лінії (як ті, що пронизують дірку на діаграмі 61 рис.11), які простягаються до дуже великих радіальних відстаней Можливо, далеко від діри вони роблять петлю і повертаються в аккреційний диск або простягаються необмежено, йдучи в міжзоряний простір Ці силові лінії вносять вклад в результуючий магнітний потік через "купол цирку", зображений на рис.10, і тому не можуть аннигилировать Еволюція цих силових ліній в околиці горизонту буде визначатися капризами максвелловскую тисків, що штовхають їх. Якщо якимось чином всі силові лінії на дірі в якийсь момент зібралися в локалізоване пляма (діаграма 61 на рис.11), то далі вони в такому вигляді залишатися не можуть, максвелловскую тиску швидко (з локальною швидкістю світла) розштовхати їх і створять більш-менш однорідний розподіл (діаграма 62) Однак через гравітаційного червоного зсуву зворотне розпрямлення поля буде затримуватися поблизу розтягнутого горизонту і силові лінії насправді будуть при розпрямленні укладатися паралельно розтягнутому горизонту, що буде супроводжуватися омічний диссипацией. Якісні деталі руху подібних силових ліній, включаючи їх енергетику і баланс сил, обговорюються в [4] Результатом цього руху є приблизно однорідний розподіл поля, що пронизує розтягнутий горизонт.
З цих міркувань ми можемо зробити висновок (слідуючи Макдоналд і Торну [4], а й Макдоналд і Сюен [5]), що якісна структура магнітосфери діри і диска повинна бути такою, як на діаграмі в на рис.11 незалежно від того, наскільки хаотичним є поле, яке пронизує диск, поле, яке пронизує діру, буде дуже плавним. Якщо диск "намагається" скинути хаотичне поле на дірку, то замкнуті силові петлі будуть знищуватися за характерний час 
, Залишаючи при цьому упорядковане поле. Якщо ж максвелловскую тиску з боку силових ліній, які пронизують диск, в якийсь момент, штовхаючи поле дірки, приведуть до появи згущення, то поле випрямиться назад за таке ж характерне час і зробиться більш-менш однорідним.
Магнітні силові лінії, що пронизують розтягнутий горизонт і зображені на рис.11, в, не закріплені в дірі безпосередньо гравітаційним притяганням Вони "змушені" пронизувати дірку через максвеллівський тиску з боку оточуючих силових ліній, які в свою чергу закріплені на диску.
Напруженість поля на дірі визначається історією еволюції диска в минулому, результуючий потік через дірку в даний час дорівнює сумарному потоку, від якого звільнився диск за все попереднє час існування. В деякі епохи диск звільнявся від поля однієї полярності, в інші епохи - від поля протилежної полярності. (Наприклад, силові лінії, показані в лівій частині рис.11, в, які будуть передані дірі в найближчому майбутньому, мають протилежну полярність з тими силовими лініями, які в даний момент пронизують дірку).
 |
Мал. 11 Вигладжування магнітного поля розтягнутим горизонтом чорної діри. Внизу (в) - можлива кінцева структура вигладженої поля, а й навколишній диск і його хаотичне поле. Зліва (al - аЗ) - зникнення замкнутих магнітних петель, яке є частиною процесу вигладжування. Справа (61 - 63) - динамічний перерозподіл силових ліній, які спочатку були сильно сконцентровані поблизу |
Результуюча максимальна напруженість поля, найімовірніше, матиме величину, необхідну для встановлення рівноваги між магнітним тиском 
поблизу діри і газовим тиском p gas в самих внутрішніх частинах диска.
 |
Мал. 12. Спіральна структура магнітного поля в стаціонарній осесиметричною несучої ток магнітосфері чорної діри. Силові лінії поля В лежать на магнітних поверхнях, дві з яких (позначені цифрами 1 і 2) зображені на малюнку. |
На рис.12 показана структура магнітного поля чорної діри в рішенні Керра. Силові лінії поля В тут представлені у вигляді спіралей, які багаторазово накручуються на магнітні поверхні.
Напруженість магнітного поля Сонця - 50 Гс. Якщо прийняти, як і в більшості робіт по структурі магнітного поля, що зменшення напруженості магнітного поля обернено пропорційно радіусу, то розрахункова напруженість магнітного поля в центрі Сонця повинна бути не менше 10 7 Гс. Розрахунковий тиск в центрі Сонця p ga = 10 16 дин / см 2. З типових моделей акреційних дисків навколо надмасивних чорних дір у ядрах галактик (див., Наприклад, додаток З роботи [6]) випливає, що p gas може бути близько 10 7 дин / см 2 і відповідно характерна максимальна напруженість магнітного поля на дірі може бути порядку 10 4 Гс.
Автори: Гордєєв С. І., Волошина В. Н. 28-07-2003
НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ 
Ви також можете підтримати shram.kiev.ua, тисніть:
Не зайвим буде і твоїм друзям дізнатися цю інформацію, поділися з ними статтею!
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.