This page has been robot translated, sorry for typos if any. Original content here.


МАГНИТОСФЕРА СОЛНЦА

Оставьте комментарий

Качественные свойства магнитосферы черной дыры

  В принятых моделях аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры гравитационная энергия непрерывно переходит в кинетическую, тепловую и магнитную энергию в результате -совместного действия вязкости, а и растяжения и пересоединения магнитных силовых линий. По своему происхождению вязкость может быть турбулентной, магнитной, радиационной или даже молекулярной[7,8]. Количество выделяющейся тепловой энергии достаточно, чтобы поддерживать газ диска сильно ионизованным. Следовательно, такой газ является прекрасным проводником, что означает вмороженность магнитных полей диска в плазму (“идеальная магнитогидродинамика”), если не учитывать некоторое пересоединение силовых линий, когда поле становится слишком хаотическим и запутанным, и некоторое макроскопическое проскальзывание поля сквозь плазму из-за рэлей - тейлоровской неустойчивости . По мере того как плазма диска, находящаяся под действием вязкости, постепенно по спирали падает в черную дыру, она несет с собой вмороженное в нее магнитное поле и освобождается от этого поля на растянутом горизонте дыры.

  На рис. 10 показаны центральная область такого аккреционного диска и вмороженные в него магнитные поля. Диск лежит в экваториальной плоскости дыры из-за эффекта Бардина— Петтерсона.

Внутренняя область аккреционного диска вокруг черной дыры

Рис. 10. Внутренняя область аккреционного диска вокруг черной дыры- с пронизывающими ее магнитными силовыми линиями. Хотя диск изображен тонким, анализ, данный в тексте, этого ни в коей мере не предполагает. Поверхность и ее граница используются при обсуждении сохранения магнитного потока. (Рисунок воспроизводится по работе [4].)

  В дальнейшем мы воспользуемся уравнениями Максвелла и результатами модельных задач работы 3, чтобы разобраться в качественной структуре магнитосферы дыры и диска.

  Вблизи горизонта физическая ситуация может быть весьма сложной. Например, пересоединение силовых линий может быть частым явлением и приводить к серьезным нарушениям вмороженности поля в плазму, а поле на горизонте может иногда становиться столь сильным, что будет выталкиваться от дыры обратно в диск (рэлей-тейлоровская неустойчивость). Тем не менее вдали от дыры идеальная магнитогидродинамика (МГД), по-видимому, может служить прекрасным приближением..

  Согласно закону Фарадея, примененному к

  Выражение для ЭДС в правой части можно переписать, чтобы выразить ее через магнитное поле в диске, воспользовавшись для этого условием вмороженности, справедливым в МГД: где v — скорость плазмы в диске.

Тогда уравнение принимает вид:

  Это уравнение имеет очевидную физическую интерпретацию: скорость изменения магнитного потока через поверхность (измеряемая в пересчете на единицу мирового времени) равна темпу, с которым магнитное поле переносится через контур текущей вовнутрь плазмой. Таким образом, магнитный поток сохраняется с течением времени; поток через может увеличиваться или уменьшаться только в результате того, что магнитные силовые линии физически переносятся вовнутрь или наружу через . Этот вывод, являющийся очевидным в плоском пространстве при отсутствии гравитации, остается справедливым и в искривленном пространстве вокруг черной дыры и в присутствии гравитационного и гравитомагнитного полей дыры.

  Рассмотрим теперь судьбу магнитных силовых линий, переносимых к дыре плазмой диска. По мере того как плазма достигает внутреннего края диска (вблизи минимального радиуса устойчивых круговых орбит; см. [7]) и затем по спирали падает в дыру, она становится причинно не связанной с силовыми линиями, которые она несла. Однако это вовсе не означает, что переносимое поле становится свободным. Закон сохранения потока (1.3) гарантирует, что силовые линии, даже оторвавшись от своих источников, не могут уйти на бесконечность. Они могут либо выталкиваться обратно в диск (рэлей-тейлоровская неустойчивость), либо пронизывать почти вакуумный зазор между дырой и диском, либо максвелловские давления близлежащих силовых линий могут заталкивать их в дыру.

  Мы можем составить качественное представление об эволюции поля вблизи дыры, комбинируя соображения о максвелловском давлении и максвелловском натяжении . Рассмотрим сначала идеализированную магнитную силовую линию в виде петли, изображенную на диаграмме a1 рис. 11. Самый левый край этой петли уже перенесен плазмой, в которую он был вморожен, через растянутый горизонт, а оставшаяся часть петли недавно высвободилась, когда плазма, находившаяся внутри петли, упала в дыру, оставив петлю позади. В это мгновение петля оказалась свободной в почти полном вакууме в области сверхсильного гравитационного поля прямо над растянутым горизонтом. Когда удерживавшая петлю плазма покинула ее, оказалось, что максвелловское натяжение вдоль силовой линии уже не уравновешивается другими силами, действующими на плазму, поэтому силовая линия сжимается и укладывается параллельно растянутому горизонту, генерируя тем самым ток на горизонте (закон Ампера, диаграмма а2), а затем уничтожается под действием этого тока (омический нагрев, диаграмма аЗ)

  Рассмотрим теперь магнитные силовые линии (подобные тем, что пронизывают дыру на диаграмме 61 рис.11), которые простираются до очень больших радиальных расстояний Возможно, вдали от дыры они делают петлю и возвращаются в аккреционный диск или простираются неограниченно, уходя в межзвездное пространство Эти силовые линии вносят вклад в результирующий магнитный поток через “купол цирка”, изображенный на рис.10, и потому не могут аннигилировать Эволюция этих силовых линий в окрестности горизонта будет определяться капризами максвелловских давлений, толкающих их. Если каким-то образом все силовые линии на дыре в какой-то момент собрались в локализованное пятно (диаграмма 61 на рис.11), то дальше они в таком виде оставаться не могут, максвелловские давления быстро (с локальной скоростью света) растолкают их и создадут более или менее однородное распределение (диаграмма 62) Однако из за гравитационного красного смещения обратное распрямление поля будет задерживаться вблизи растянутого горизонта и силовые линии на самом деле будут при распрямлении укладываться параллельно растянутому горизонту, что будет сопровождаться омической диссипацией. Качественные детали движения подобных силовых линий, включая их энергетику и баланс сил, обсуждаются в [4] .Результатом этого движения является примерно однородное распределение поля, пронизывающего растянутый горизонт.

  Из этих соображений мы можем заключить (следуя Макдоналду и Торну [4], а и Макдоналду и Сюэну [5]), что качественная структура магнитосферы дыры и диска должна быть такой, как на диаграмме в на рис.11 независимо от того, насколько хаотическим является поле, пронизывающее диск, поле, пронизывающее дыру, будет очень сглаженным. Если диск “пытается” сбросить хаотическое поле на дыру, то замкнутые силовые петли будут уничтожаться за характерное время , оставляя при этом упорядоченное поле. Если же максвелловские давления со стороны силовых линий, пронизывающих диск, в какой-то момент, толкая поле дыры, приведут к появлению сгущения, то поле распрямится обратно за такое же характерное время и сделается более или менее однородным.

  Магнитные силовые линии, пронизывающие растянутый горизонт и изображенные на рис.11, в, не закреплены в дыре непосредственно гравитационным притяжением Они “вынуждены” пронизывать дыру из-за максвелловского давления со стороны окружающих силовых линий, которые в свою очередь закреплены на диске.

  Напряженность поля на дыре определяется историей эволюции диска в прошлом, результирующий поток через дыру в данное время равен суммарному потоку, от которого освободился диск за все предшествовавшее время существования. В некоторые эпохи диск освобождался от поля одной полярности, в другие эпохи — от поля противоположной полярности. (Например, силовые линии, показанные в левой части рис.11, в, которые будут переданы дыре в ближайшем будущем, имеют противоположную полярность с теми силовыми линиями, которые в данный момент пронизывают дыру).

Выглаживание магнитного поля растянутым горизонтом черной дыры.

Рис. 11 Выглаживание магнитного поля растянутым горизонтом черной дыры. Внизу (в)- возможная конечная структура выглаженного поля, а и окружающий диск и его хаотическое поле. Слева (al - аЗ) - исчезновение замкнутых магнитных петель, которое является частью процесса выглаживания. Справа (61 - 63)- динамическое перераспределение силовых линий, которые первоначально были сильно сконцентрированы вблизи

  Результирующая максимальная напряженность поля, вероятнее всего, будет иметь величину, необходимую для установления равновесия между магнитным давлением вблизи дыры и газовым давлением pgas в самых внутренних частях диска.

Спиральная структура магнитного поля в стационарной осесимметричной несущей ток магнитосфере черной дыры.

Рис. 12. Спиральная структура магнитного поля в стационарной осесимметричной несущей ток магнитосфере черной дыры. Силовые линии поля В лежат на магнитных поверхностях, две из которых (помечены цифрами 1 и 2) изображены на рисунке.

  На рис.12 показана структура магнитного поля черной дыры в решении Керра. Силовые линии поля В здесь представлены в виде спиралей , которые многократно накручиваются на магнитные поверхности.

  Напряженность магнитного поля Солнца – 50 Гс. Если принять, как и в большинстве работ по структуре магнитного поля, что уменьшение напряженности магнитного поля обратно пропорционально радиусу, то расчетная напряженность магнитного поля в центре Солнца должна быть не менее 107 Гс. Расчетное давление в центре Солнца pga=1016 дин/см2. Из типичных моделей аккреционных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик (см., например, приложение С работы [6]) следует, что pgasможет быть порядка 107 дин/см2 и соответственно характерная максимальная напряженность магнитного поля на дыре может быть порядка 104 Гс.

Авторы: Гордеев С. И. , Волошина В. Н. 28-07-2003



НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
Технология очистки нефти и нефтепродуктов
О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
Магнитный двигатель
Источник тепла на базе нососных агрегатов


Created/Updated: 25.05.2018

stop war in Ukraine

ukrTrident

stand with Ukraine