Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
аккрецирующую на эддингтонов-ском пределе, должны иметь температуры ^10в
К. Это значит, что отношение давления излучения к газовому давлению (см.
разд. 4) велико и что охлаждение в линиях (см., например, [341) может
быть очень важным. Оба эти фактора сильно способствуют тепловой
неустойчивости. (В любом случае простые дисковые модели без
неустойчивостей не могут воспроизвести полного диапазона наблюдаемого
спектра.) Подобная неустойчивость может встретиться, если аккрецируется
магнитное поле и синхротронное излучение релятивистских электронов важно
во внутренней части диска [163].
Стандартные, не учитывающие неустойчивостей предположения о процессе
дисковой аккреции, которые могут быть в какой-то мере справедливыми для
рентгеновских двойных, вероятно, не пригодны для квазаров.
В литературе по квазарам обсуждаются два варианта стандартной модели
дисковой аккреции. Во-первых, диск может быть достаточно массивным, чтобы
нельзя было игнорировать его само-гравитацию. (Условием этого является
то, что плотность материи в диске на радиусе г превосходит «предел Роша»
~М/г3, где М — масса дыры [147].) В этом случае угловой момент может
переноситься наружу скорее гравитационными взаимодействиями, сходными
///. Астрофизика черных дыр
199
с теми, которые действуют в спиральных галактиках, чем локальными вязкими
напряжениями. Во-вторых, Абрамович, Яросинский и Сикору [2], а также
Козловский, Яросинский и Абрамович [1021 исследовали характер
эквипотенциальных поверхностей вблизи горизонта событий керровской дыры.
Они нашли, что если вязкие и радиационные напряжения не играют
существенной роли, то аккрецирующая материя заполнит пространство,
ограниченное нулевой эквипотенциальной поверхностью, и что исключенный
объем будет определять начало пары каналов, вдоль которых может
фокусироваться энергия, необходимая для образования двойного
радиоисточника.
В стандартном аккреционном диске энергия выделяется локально в виде
излучения, которое свободно уходит с поверхности диска. В случае квазаров
более обещающей является скорее та идея, что большая часть энергии
освобождается вблизи дыры в неизлу-чательной форме и что большая часть
излучения непрерывного спектра генерируется на некотором расстоянии от
дыры, где выходящий поток энергии взаимодействует с окружающим веществом.
В одном случае реализации этой идеи (см. [11, 87, 88, 108, 1571)
освобождаемая гравитационная энергия запасается в «короне» над диском.
Энергия может быть унесена в виде излучательным или тепловым механизмом
управляемого ветра — сдвинутая по масштабу версия солнечного ветра,
который уносит большую часть энергии, накопленной в солнечной короне.
Были найдены решения подобия, в которых малая часть вещества,
аккрецирующего в диске, «принимается» дырой и может генерировать
светимость Остальное вещество уносится радиационным давлением. При этом
оказывается возможным получать потоки, коллимированные параллельно и
антипараллельно спиновой оси.
В альтернативной схеме (см. [26], а также статью Блэндорфа в книге [80] и
приведенные там ссылки) энергия и угловой момент аккрецирующего газа
извлекаются электромагнитными скручивающими усилиями, действующими вблизи
дыры. Это на самом деле может быть сделано с достаточно высокой
эффективностью даже в осесимметричной геометрии. Рассмотрим магнитное
поле, внедренное в диск. В первом приближении поле будет «вморожено» в
материю, вращающуюся в диске (вследствие огромной электрической
проводимости, что подразумевает «идеальное МГД-условие» E+vxB/c=0. Ротор
этого уравнения подразумевает dB/dt=yx X (v х В), что прямо
интерпретируется как вмораживание магнитного поля в вещество). Магнитные
силовые линии, выходящие из диска и «вмороженные» во вращающуюся в диске
материю, будут генерировать электрическое поле, каким бы его видели
локально не-вращающиеся (стационарные) наблюдатели. Это электрическое
поле создает электрическую разность потенциалов поперек самых внутренних
частей диска и фактически поперек дыры, точно так же, как в диске
Фарадея. Эта разность потенциалов будет заставлять токи
200
Р. Д. Блэндфорд, К. С. Торн
течь вдоль магнитных силовых линий из диска, устанавливая магнитосферу
вокруг дыры. В конце концов эти токи будут генерировать тороидальную
компоненту магнитного поля, так что силовые линии будут сноситься назад
движением вещества. Поэтому будет существовать сопротивляющийся момент
вращения, действующий на любое вещество вблизи дыры, и это может
приводить к переносу углового момента (и энергии) не наружу в плоскости
диска (как в обычных моделях с вязкостью), а перпендикулярно диску в виде
электромагнитного или гидромагнитного потока Пойнтинга.
Тот же механизм может вести к извлечению спиновой энергии из самой дыры.
Из керровской черной дыры с удельным угловым моментом а в принципе можно
извлечь [46] долюэнергии {1—[[1 + (1— —а*/М2)‘/«]/2],/«} (изменяющуюся от
0 до 29% при возрастании а от О до М). Однако чтобы это осуществилось на
