黑洞向周围环境泄漏的能量可能比以前怀疑的要多——而且这些空洞旋转得越快，这种能量提取似乎就越有效。
考虑到这一点，一组科学家发现了围绕黑洞旋转的气体和尘埃盘如何成为银河系发电厂的强大发动机。这意味着什么。
自 1977 年以来，研究人员从理论上认为，由于物体的磁场，能量主要来自黑洞的自旋，并通过称为“布兰福德-兹纳耶克 （BZ） 效应”的过程汇集到强大的高能粒子射流中，这些粒子射流从物体的两极喷发。然而，科学家们还不确定围绕这个过程的许多事情，例如什么决定了被转换的能量。
为了回答这些问题，一个研究小组模拟了所谓的吸积盘围绕超大质量黑洞的作用;这种模拟不仅可以为黑洞周围的复杂物理学提供重要的见解，而且有可能重新定义我们对超大质量黑洞在塑造整个星系中的作用的理解。
“人们早就知道，下落的气体可以从黑洞中提取自旋能量，”团队成员、科罗拉多大学博尔德分校的研究员杰森·德克斯特 （Jason Dexter） 在一份声明中说。“通常，我们认为这对于为喷气式飞机提供动力很重要。”Dexter 说，通过进行更精确的测量，他的团队的新研究表明，从黑洞中提取的能量比以前已知的要多得多。“这种能量可以以光的形式辐射出去，或者可能导致气体向外流动，”Dexter 继续说道。“无论哪种方式，提取的自旋能量都可能成为照亮黑洞事件视界附近区域的重要能源。”
几十年来，科学家们一直在研究黑洞及其与周围星系的相互作用。其目的是发现位于星系中心的超大质量黑洞（质量是太阳的数百万或数十亿倍）如何为活跃的星系核 （AGN） 和近光速喷流提供动力。AGN 通常非常明亮，以至于比周围星系中每颗恒星的总光都亮，这需要大量的能量——这些能量必须来自某个地方。
许多先前的研究都集中在低光度源上，这些源具有球状的“吸积流”为黑洞提供食物。这是因为在较高亮度的 GAN 中对理论上不稳定且薄但非常密集且高度磁化的磁盘进行建模一直具有挑战性。
对这些系统进行的研究表明，强磁场可能有助于稳定这些盘，但如果是这样的话，目前尚不清楚这些磁场在能量提取和喷流产生中扮演什么角色。
“我们想了解能量提取在这些高度磁化的环境中是如何工作的，”团队成员、科罗拉多大学博尔德分校的博士后研究员 Prasun Dhang 在声明中说。
该团队采用的先进计算机模型名为 3D 广义相对论磁流体动力学 （GRMHD），模拟了黑洞周围时空弯曲结构和高引力区域中过热气体或“等离子体”的物理特性。
这使研究人员能够观察磁场如何与以不同速度旋转的黑洞相互作用，特别是研究能量提取的效率。
“目标是了解穿过黑洞的磁通量如何影响能量提取，以及它是否会导致喷流的形成，”Dhang 说。
模拟显示，从黑洞自旋中提取的能量中有 10% 到 70% 通过 BZ 过程引导到其喷流中。
“自旋越高 [更快]，黑洞可以释放的能量就越多，”Dhang 继续说道。
从黑洞自旋中提取的其余能量（但未引导到喷流）要么被吸积盘吸收，要么以热量的形式消散。
该团队还发现，磁场的强度增加了黑洞吸积盘的亮度。这可以解释为什么一些 AGN 比理论模型预测的要亮得多。
“靠近黑洞的未使用能量可能会加热盘并导致日冕，”Dhang 说。
该团队现在打算进行进一步的模拟，并更好地了解日冕是如何在黑洞周围形成的。
该团队的研究于 2 月 14 日发表在《天体物理学杂志》上。
