Simulations Reveal Surprising News about Black Holes
For more than 30 years, astrophysicists have believed that black holes can swallow nearby matter and release a tremendous amount of energy as a result. Until recently, however, the mechanisms that bring matter close to black holes have been poorly understood, leaving researchers puzzled about many of the details of the process.
Now, however, computer simulations of black holes developed by researchers, including two at The Johns Hopkins University, are answering some of those questions and challenging many commonly held assumptions about the nature of this enigmatic phenomenon.
"Only recently have members of the research team — John Hawley and Jean-Pierre De Villiers, both of the University of Virginia — created a computer program powerful enough to track all the elements of accretion onto black holes, from turbulence and magnetic fields to relativistic gravity," said Julian Krolik (pictured at right), a professor in the Henry A. Rowland Department of Physics and Astronomy at Johns Hopkins, and co-leader of the research team. "These programs are opening a new window on the complicated story of how matter falls into black holes, revealing for the first time how tangled magnetic fields and Einsteinian gravity combine to squeeze out a last burst of energy from matter doomed to infinite imprisonment in a black hole."
Close to the black hole's outer edge, where the Newtonian description of gravity breaks down, ordinary orbits are no longer possible. At that point — or so it has been imagined for the past three decades — matter plunges quickly, smoothly and quietly into the black hole. In the end, according to the prevailing picture, the black hole — except for exerting its gravitational pull — is a passive recipient of mass donations.
The team's first realistic calculations of matter falling into black holes has strongly contradicted many of these expectations. They show, for instance, that life in the vicinity of a black hole is anything but calm and quiet. Instead, the relativistic effects that force matter to plunge inward magnify random motions within the fluid to create violent disturbances in density, velocity and magnetic field strength, driving waves of matter and magnetic field to and fro. This violence can have observable consequences, according to research team co- leader Hawley.
"Just like any fluid that has been stirred into turbulence, matter immediately outside the edge of the black hole is heated. This extra heat makes additional light that astronomers on Earth can see," said Hawley. "One of the hallmarks of black holes is that their light output varies.
Although this has been known for more than 30 years, it has not been possible to study the origins of these variations until now. The violent variations in heating — now seen to be a natural byproduct of magnetic forces near the black hole — offer a natural explanation for black holes' ever-changing brightness."
One of the most striking properties of a black hole is its ability to expel jets at close to the speed of light. While it has long been expected that magnetic fields are crucial to this process, the latest simulations show for the first time how a field can be expelled from the accreting gas to create such a jet.
Perhaps the most surprising result of the team's new computer simulations is that the magnetic fields brought near a rotating black hole also couple the hole's spin to matter orbiting farther out, in the same way that a car's transmission connects its rotating motor to the axle. Says Krolik, "If a black hole is born spinning extremely rapidly, its 'drive train' can be so powerful that its capture of additional mass causes its rotation to slow down. Accretion of mass would then act as a 'governor,' enforcing a cosmic speed limit on black hole spins."
According to Krolik, that "governor" may have strong implications for many of the most striking properties of black holes. It is widely thought, for example, that the strength of a black hole's jet is related to its spin, so a "spin speed limit" might determine a characteristic strength for the jets, Krolik said.
Funded by the National Science Foundation, this research is being published in a series of four papers in The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. April 2005 ApJ in press.)) The simulations were performed at the NSF-supported San Diego Supercomputer Center. The research team also included Shigenobu Hirose, also of Johns Hopkins.
To view video animations of the computer simulation, as well as color stills of twisting magnetic fields, click here: http://www.jhu.edu/news_info/news/ audio-video/blackholes.html
En Francais via Google
Les simulations indiquent des nouvelles d'étonner au sujet des simulations sur ordinateur de trous noirs de la façon dont les trous noirs s'accroissent violence et turbulence d'étonner d'exposition de matière, provocantes beaucoup des prétentions généralement tenues au sujet de la nature de ce phénomène. L'ordinateur indique que la vie autour des trous noirs est turbulente et violente. Crédit d'image: L'université de Johns Hopkins, Baltimore, MD pendant plus de 30 années, astrophysiciens ont cru que les trous noirs peuvent avaler la matière voisine et libérer une quantité énorme d'énergie en conséquence. Jusque récemment, cependant, les mécanismes qui apportent la matière près des trous noirs ont été mal compris, laissant des chercheurs embarassés au sujet de plusieurs des détails du processus. Maintenant, cependant, les simulations sur ordinateur des trous noirs développés par des chercheurs, y compris deux à l'université de Johns Hopkins, répondent à certaines de ces questions et provocant beaucoup des prétentions généralement tenues au sujet de la nature de ce phénomène énigmatique. "ayez tout récemment les membres de la équipe de recherche -- John Hawley et Jean-Pierre-Pierre De Villiers, tous les deux université de la Virginie -- a créé un programme machine assez puissant pour dépister tous les éléments de l'augmentation sur les trous noirs, de la turbulence et des champs magnétiques à la pesanteur relativiste," a dit Krolik julien (décrit à la droite), un professeur en henry A. Rowland Department de physique et d'astronomie chez Johns Hopkins, et le Co-chef de la équipe de recherche. "ces programmes ouvrent une nouvelle fenêtre sur l'histoire compliquée de la façon dont la matière tombe dans les trous noirs, indiquant pour la première fois comment cartel les champs magnétiques et de la pesanteur embrouillés d'Einsteinian à serrer hors d'un dernier éclat d'énergie de la matière ont condamné à l'emprisonnement infini dans un trou noir." Près du bord externe du trou noir, où la description newtonienne de la pesanteur décompose, les orbites ordinaires ne sont plus possibles. À ce point -- ou ainsi on l'a imaginé pour les dernières trois décennies -- plongeons de matière rapidement, sans à-coup et tranquillement dans le trou noir. En fin de compte, selon l'image régnante, le trou noir -- excepté exercer sa gravitation -- est un destinataire passif des donations de masse. Les premiers calculs réalistes de l'équipe de la matière tombant dans les trous noirs a fortement contredit plusieurs de ces espérances. Ils montrent, par exemple, que la vie à proximité d'un trou noir est quelque chose mais calme et quiet. Au lieu de cela, les effets relativistes que la matière de force pour plonger l'intérieur magnifient des mouvements aléatoires dans le fluide pour créer des perturbations violentes dans la force de densité, de vitesse et de champ magnétique, conduisant des vagues de matière et de champ magnétique en avant et en arrière. Cette violence peut avoir des conséquences observables, selon le Chef Hawley de la équipe de recherche Co. "juste comme n'importe quel fluide qui a été remué dans la turbulence, matière immédiatement en dehors du bord du trou noir est chauffé. Cette chaleur supplémentaire fait la lumière additionnelle que les astronomes sur terre peuvent voir, "a dit Hawley. "un des cachets des trous noirs est que leur intensité lumineuse change. Bien que ceci ait été connu pendant plus de 30 années, il n'a pas été possible d'étudier les origines de ces variations jusqu'ici. Les variations violentes du chauffage -- maintenant vu pour être un sous-produit normal des forces magnétiques près du trou noir -- offrent une explication normale pour l'éclat jamais-changeant des trous noirs." Un des propriétés les plus saisissantes d'un trou noir est sa capacité d'expulser des gicleurs à près de la vitesse de la lumière. Tandis qu'on s'est longtemps attendu à ce que les champs magnétiques soient cruciaux à ce processus, les dernières simulations montrent pour la première fois comment un champ peut être expulsé du gaz d'accroissement pour créer un tel gicleur. Peut-être le résultat d'étonner des nouvelles simulations sur ordinateur de l'équipe est que les champs magnétiques ont apporté près d'un trou noir tournant couplent également la rotation du trou pour importer orbiter plus lointain dehors, de la même manière cela que la transmission d'une voiture relie son moteur tournant à l'axe. Dit Krolik, "si un trou noir est rotation soutenue extrêmement rapidement, son 'train d'entraînement 'peut être si puissant que sa capture de la masse additionnelle fasse ralentir sa rotation. L'augmentation de la masse agirait alors en tant que 'gouverneur, 'imposant une limite de vitesse cosmique sur des rotations de trou noir." Selon Krolik, ce "gouverneur" peut avoir des implications fortes pour plusieurs des propriétés les plus saisissantes des trous noirs. On le pense largement, par exemple, que la force d'un gicleur du trou noir est liée à sa rotation, ainsi "une limite de vitesse de rotation" pourrait déterminer une force caractéristique pour les gicleurs, Krolik dit. Financé par le National Science Foundation, cette recherche est éditée dans une série de quatre articles dans le journal astrophysique. ((De Villiers et autres 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et autres 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et autres. ApJ 620, 879; Krolik et autres. Avril 2005 ApJ en cours d'impression.)) Les simulations ont été effectuées au centre NSF-soutenu d'ordinateur géant de San Diego. La équipe de recherche a également inclus Shigenobu Hirose, aussi de Johns Hopkins. Regarder les animations visuelles de la simulation sur ordinateur, comme des distillateurs de couleur de tordre les champs magnétiques, cliquettent ici: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
Auf Deutsch (verwenden von Google)
Simulationen decken Überraschennachrichten über die Computersimulationen der schwarzen Bohrungen von, wie schwarze Bohrungen Angelegenheitserscheinenüberraschengewalttätigkeit und -turbulenz zusammenwachsen auf, schwierig viele allgemein gehaltene Annahmen über die Natur dieses Phänomenes. Computer deckt auf, daß das Leben um schwarze Bohrungen turbulent und heftig ist. Bildgutschrift: Universität Johns Hopkins, Baltimore, MD für mehr als 30 Jahre, Astrophysiker haben geglaubt, daß schwarze Bohrungen nahe gelegene Angelegenheit schlucken und eine enorme Menge Energie infolgedessen freigeben können. Bis vor kurzem jedoch sind die Einheiten, die Angelegenheit nah an schwarzen Bohrungen holen, kaum erforscht gewesen und Forscher gelassen verwirrt über viele der Details des Prozesses. Jetzt jedoch beantworten Computersimulationen der schwarzen Bohrungen, die von den Forschern, einschließlich zwei an der Universität Johns Hopkins entwickelt werden, einige jener Fragen und schwierig viele allgemein gehaltene Annahmen über die Natur dieses enigmatic Phänomenes. "erst haben Sie vor kurzem Mitglieder der Forschungsmannschaft -- John Hawley und Jean-Pierre-Pierre De Villiers, beide der Universität von Virginia -- verursachte ein Computerprogramm, das genug, um alle Elemente der Zunahme auf schwarze Bohrungen aufzuspüren leistungsfähig ist, von der Turbulenz und von den magnetischen Feldern zur relativistischen Schwerkraft,", sagte Julian Krolik (dargestellt am Recht), einen Professor im Henry A. Rowland Department Physik und Astronomie bei Johns Hopkins und Co-Führer der Forschungsmannschaft. "diese Programme öffnen ein neues Fenster auf der schwierigen Geschichte von, wie Angelegenheit in schwarze Bohrungen fällt und zum ersten Mal decken auf, wie der Mähdrescher der verwirrten magnetische Felder und Schwerkraft Einsteinian zum Zusammendrücken aus einem letzten Stoß von Energie von der Angelegenheit verurteilten zur endlosen Gefangenschaft in einer schwarzen Bohrung.", Nah an dem äußeren Rand der schwarzen Bohrung wohin die newtonische Beschreibung von Schwerkraft unten bricht, sind gewöhnliche Bahnen nicht mehr möglich. An diesem Punkt -- oder so ist es für die letzten drei Dekaden vorgestellt worden -- Angelegenheitskopfsprünge schnell, glatt und ruhig in die schwarze Bohrung. Im Ende entsprechend der vorherschenden Abbildung, ist die schwarze Bohrung -- außer dem Anwenden seiner Gravitationszugkraft -- eine passive Empfänger von Massenabgaben. Die ersten realistischen Berechnungen der Mannschaft der Angelegenheit fallend in schwarze Bohrungen hat stark viele dieser Erwartungen widersprochen. Sie stellen zum Beispiel dar daß das Leben in der Nähe einer schwarzen Bohrung alles außer Ruhe und Ruhe ist. Stattdessen die relativistischen Effekte, denen die Kraftangelegenheit zum Tauchen des Inneren gelegentliche Bewegungen innerhalb der Flüssigkeit vergrößern, um heftige Störungen in der Stärke der Dichte, der Geschwindigkeit und des magnetischen Feldes zu verursachen und hin und her Wellen der Angelegenheit und des magnetischen Feldes fahren. Diese Gewalttätigkeit kann wahrnehmbare Konsequenzen, nach Ansicht des Führers Hawley haben der Forschungsmannschaft Co. "gerade wie jede mögliche Flüssigkeit, die in Turbulenz gerührt worden ist, Angelegenheit sofort außerhalb des Randes der schwarzen Bohrung wird geheizt. Diese Extrahitze bildet zusätzliches Licht, das Astronomen auf Masse sehen können, "sagte Hawley. "einer der Stempel der schwarzen Bohrungen ist, daß ihr heller Ausgang sich verändert. Obgleich dieses für mehr als 30 Jahre bekannt, ist es nicht möglich gewesen, die Ursprung dieser Veränderungen bis jetzt zu studieren. Die heftigen Schwankungen der Heizung -- jetzt gesehen, um eine natürliche Nebenerscheinung der magnetischen Kräfte nahe der schwarzen Bohrung zu sein -- geben eine natürliche Erklärung für überhaupt-ändernde Helligkeit der schwarzen Bohrungen.", Eine der auffallendsten Eigenschaften einer schwarzen Bohrung ist seine Fähigkeit, Strahlen mit nah an der Lichtgeschwindigkeit wegzutreiben. Während es lang erwartet worden ist, daß magnetische Felder zu diesem Prozeß entscheidend sind, zeigen die neuesten Simulationen zum ersten Mal, wie ein Feld vom zusammenwachsenden Gas weggetrieben werden kann, um solch einen Strahl herzustellen. Möglicherweise ist das Resultat Überraschens der neuen Computersimulationen der Mannschaft, daß die magnetischen Felder nahe einer drehenden schwarzen Bohrung verbinden auch die Drehbeschleunigung der Bohrung, um heraus auszumachen das In Umlauf bringen weiter, in der gleichen Weise holten, daß das Getriebe eines Autos seinen drehenden Motor an die Welle anschließt. Sagt Krolik, ", wenn eine schwarze Bohrung getragenes extrem schnell spinnen ist, sein ' Antriebszug ' kann so leistungsfähig sein, daß seine Sicherung der zusätzlichen Masse seine Umdrehung veranläßt, zu verlangsamen. Zunahme der Masse würde dann als ein ' Regler dienen, ', eine kosmische Höchstgeschwindigkeit auf Drehbeschleunigungen der schwarzen Bohrung erzwingend.", Entsprechend Krolik kann dieser "Regler" starke Implikationen für viele der auffallendsten Eigenschaften der schwarzen Bohrungen haben. Es wird weit gedacht, z.B. daß die Stärke eines Strahles der schwarzen Bohrung mit seiner Drehbeschleunigung zusammenhängt, also konnte eine "Drehbeschleunigunghöchstgeschwindigkeit" eine charakteristische Stärke für die Strahlen, gesagtes Krolik feststellen. Finanziert durch das National Science Foundation, wird diese Forschung in einer Reihe von vier Papieren im astrophysikalischen Journal veröffentlicht. ((De Villiers et al. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al.. ApJ 620, 879; Krolik et al.. April 2005 ApJ in der Presse.)) Die Simulationen wurden in der NSF-gestützten San Diego Supercomputermitte durchgeführt. Die Forschungsmannschaft schloß auch Shigenobu Hirose, auch von Johns Hopkins mit ein. videoAnimations der Computersimulation, sowie Farbenstille des Verdrehens der magnetischen Felder anzusehen, klicken hier: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
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Le simulazioni rivelano le notizie di sorpresa circa le simulazioni su elaboratore dei fori neri di come i fori neri concrescono violenza e turbolenza di sorpresa di esposizione della materia, challenging molti presupposti comunemente tenuti circa la natura di questo fenomeno. Il calcolatore rivela che la vita intorno ai fori neri è turbolenta e violenta. Accreditamento di immagine: L'università di Johns Hopkins, Baltimora, MD per più di 30 anni, astrophysicists ha creduto che i fori neri potessero swallow alla la materia vicina e liberare una quantità tremenda di energia di conseguenza. Fino a poco tempo fa, tuttavia, i meccanismi che portano la materia vicino ai fori neri sono stati capiti male, lasciando i ricercatori imbarazzati circa molti dei particolari del processo. Ora, tuttavia, le simulazioni su elaboratore dei fori neri sviluppati dai ricercatori, compreso due all'università di Johns Hopkins, stanno rispondendo ad alcune di quelle domande e challenging molti presupposti comunemente tenuti circa la natura di questo fenomeno enigmatic. "recentemente abbia soltanto membri del gruppo di ricerca -- John Hawley e Jean-Pierre-Pierre De Villiers, entrambi l'università di Virginia -- ha generato un programma destinato all'elaboratore abbastanza potente per rintracciare tutti gli elementi dell'accrescimento sui fori neri, da turbolenza e dai campi magnetici a gravità relativistica," ha detto Krolik julian (descritto alla destra), un professore nel henry A. Rowland Department della fisica e dell'astronomia a Johns Hopkins e la co-guida del gruppo di ricerca. "questi programmi stanno aprendo una nuova finestra sulla storia complicata di come la materia cade nei fori neri, rivelante per la prima volta come combine i campi magnetici e di gravità aggrovigliati di Einsteinian da comprimere verso l'esterno un ultimo burst dell'energia proveniente dalla materia hanno condannato all'imprigionamento infinito in un foro nero." Vicino al bordo esterno del foro nero, in cui la descrizione newtoniana di gravità analizza, le orbite ordinarie non sono più possibili. A quel punto -- o così è stato immaginato per le tre decadi scorse -- immersioni della materia rapidamente, uniformemente e tranquillamente nel foro nero. Alla fine, secondo l'immagine prevalente, il foro nero -- eccetto per impiegare la relativa attrazione gravitazionale -- è un destinatario passivo delle donazioni totali. I primi calcoli realistichi della squadra della materia che cadono nei fori neri ha contraddetto fortemente molte di queste aspettative. Mostrano, per esempio, che la vita nelle vicinanze di un foro nero è qualche cosa ma calma e quiet. Invece, gli effetti relativistici che la materia della forza per immergere l'interno ingrandisce i movimenti casuali all'interno del liquido per generare le dispersioni violente nella resistenza di densità, di velocità e del campo magnetico, guidando le onde della materia e del campo magnetico avanti e indietro. Questa violenza può avere conseguenze osservabili, secondo la guida Hawley di co- del gruppo di ricerca. "appena come tutto il liquido che è stato mescolato in turbolenza, materia immediatamente fuori del bordo del foro nero è riscaldato. Questo calore supplementare fa la luce supplementare che gli astronomi su terra possono vedere, "ha detto Hawley. "uno degli marchi di garanzia dei fori neri è che la loro uscita chiara varia. Anche se questo è stato conosciuto per più di 30 anni, non è stato possibile studiare le origini di queste variazioni finora. Le variazioni violente nel heating -- ora visto per essere un sottoprodotto naturale delle forze magnetiche vicino al foro nero -- offrono una spiegazione naturale per luminosità mai-cambiante dei fori neri." Una delle proprietà più notevoli di un foro nero è la relativa capacità di espellere i getti vicino alla velocità di luce. Mentre lungamente è stato previsto che i campi magnetici siano cruciali a questo processo, le ultime simulazioni mostrano per la prima volta come un campo può essere espulso dal gas concrescente per generare un tal getto. Forse il risultato di sorpresa di nuove simulazioni su elaboratore della squadra è che i campi magnetici hanno portato vicino ad un foro nero di rotazione inoltre coppia la rotazione del foro per importare orbitare intorno più lontano fuori, nello stesso senso che la trasmissione dell'automobile collega il relativo motore di rotazione all'asse. Dice Krolik, "se un foro nero è filatura sopportata estremamente velocemente, il relativo 'treno dell'azionamento 'può essere così potente che il relativo bloccaggio di massa supplementare induce la relativa rotazione a rallentare. L'accrescimento di massa allora fungerebbe da 'regolatore, 'facendo rispettare un limite di velocità cosmico sulle rotazioni del foro nero." Secondo Krolik, quel "regolatore" può avere implicazioni forti per molte delle proprietà più notevoli dei fori neri. Ampiamente si pensa, per esempio, che la resistenza di un getto del foro nero è collegata con la relativa rotazione, in modo da "un limite di velocità di rotazione" potrebbe determinare una resistenza caratteristica per i getti, Krolik detto. Costituito un fondo per dal National Science Foundation, questa ricerca sta pubblicanda in serie di quattro carte nel giornale astrofisico. ((De Villiers ed altri 2003, ApJ 599, 1238; Hirose ed altri 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers ed altri. ApJ 620, 879; Krolik ed altri. Aprile 2005 ApJ in stampa.)) Le simulazioni sono state realizzate al centro NSF-sostenuto del supercomputer de San Diego. Il gruppo di ricerca inoltre ha incluso Shigenobu Hirose, anche di Johns Hopkins. Osservare le video animazioni della simulazione su elaboratore, come pure gli alambicchi di colore di torcimento dei campi magnetici, si scatta qui: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
Now, however, computer simulations of black holes developed by researchers, including two at The Johns Hopkins University, are answering some of those questions and challenging many commonly held assumptions about the nature of this enigmatic phenomenon.
"Only recently have members of the research team — John Hawley and Jean-Pierre De Villiers, both of the University of Virginia — created a computer program powerful enough to track all the elements of accretion onto black holes, from turbulence and magnetic fields to relativistic gravity," said Julian Krolik (pictured at right), a professor in the Henry A. Rowland Department of Physics and Astronomy at Johns Hopkins, and co-leader of the research team. "These programs are opening a new window on the complicated story of how matter falls into black holes, revealing for the first time how tangled magnetic fields and Einsteinian gravity combine to squeeze out a last burst of energy from matter doomed to infinite imprisonment in a black hole."
Close to the black hole's outer edge, where the Newtonian description of gravity breaks down, ordinary orbits are no longer possible. At that point — or so it has been imagined for the past three decades — matter plunges quickly, smoothly and quietly into the black hole. In the end, according to the prevailing picture, the black hole — except for exerting its gravitational pull — is a passive recipient of mass donations.
The team's first realistic calculations of matter falling into black holes has strongly contradicted many of these expectations. They show, for instance, that life in the vicinity of a black hole is anything but calm and quiet. Instead, the relativistic effects that force matter to plunge inward magnify random motions within the fluid to create violent disturbances in density, velocity and magnetic field strength, driving waves of matter and magnetic field to and fro. This violence can have observable consequences, according to research team co- leader Hawley.
"Just like any fluid that has been stirred into turbulence, matter immediately outside the edge of the black hole is heated. This extra heat makes additional light that astronomers on Earth can see," said Hawley. "One of the hallmarks of black holes is that their light output varies.
Although this has been known for more than 30 years, it has not been possible to study the origins of these variations until now. The violent variations in heating — now seen to be a natural byproduct of magnetic forces near the black hole — offer a natural explanation for black holes' ever-changing brightness."
One of the most striking properties of a black hole is its ability to expel jets at close to the speed of light. While it has long been expected that magnetic fields are crucial to this process, the latest simulations show for the first time how a field can be expelled from the accreting gas to create such a jet.
Perhaps the most surprising result of the team's new computer simulations is that the magnetic fields brought near a rotating black hole also couple the hole's spin to matter orbiting farther out, in the same way that a car's transmission connects its rotating motor to the axle. Says Krolik, "If a black hole is born spinning extremely rapidly, its 'drive train' can be so powerful that its capture of additional mass causes its rotation to slow down. Accretion of mass would then act as a 'governor,' enforcing a cosmic speed limit on black hole spins."
According to Krolik, that "governor" may have strong implications for many of the most striking properties of black holes. It is widely thought, for example, that the strength of a black hole's jet is related to its spin, so a "spin speed limit" might determine a characteristic strength for the jets, Krolik said.
Funded by the National Science Foundation, this research is being published in a series of four papers in The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. April 2005 ApJ in press.)) The simulations were performed at the NSF-supported San Diego Supercomputer Center. The research team also included Shigenobu Hirose, also of Johns Hopkins.
To view video animations of the computer simulation, as well as color stills of twisting magnetic fields, click here: http://www.jhu.edu/news_info/news/ audio-video/blackholes.html
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Les simulations indiquent des nouvelles d'étonner au sujet des simulations sur ordinateur de trous noirs de la façon dont les trous noirs s'accroissent violence et turbulence d'étonner d'exposition de matière, provocantes beaucoup des prétentions généralement tenues au sujet de la nature de ce phénomène. L'ordinateur indique que la vie autour des trous noirs est turbulente et violente. Crédit d'image: L'université de Johns Hopkins, Baltimore, MD pendant plus de 30 années, astrophysiciens ont cru que les trous noirs peuvent avaler la matière voisine et libérer une quantité énorme d'énergie en conséquence. Jusque récemment, cependant, les mécanismes qui apportent la matière près des trous noirs ont été mal compris, laissant des chercheurs embarassés au sujet de plusieurs des détails du processus. Maintenant, cependant, les simulations sur ordinateur des trous noirs développés par des chercheurs, y compris deux à l'université de Johns Hopkins, répondent à certaines de ces questions et provocant beaucoup des prétentions généralement tenues au sujet de la nature de ce phénomène énigmatique. "ayez tout récemment les membres de la équipe de recherche -- John Hawley et Jean-Pierre-Pierre De Villiers, tous les deux université de la Virginie -- a créé un programme machine assez puissant pour dépister tous les éléments de l'augmentation sur les trous noirs, de la turbulence et des champs magnétiques à la pesanteur relativiste," a dit Krolik julien (décrit à la droite), un professeur en henry A. Rowland Department de physique et d'astronomie chez Johns Hopkins, et le Co-chef de la équipe de recherche. "ces programmes ouvrent une nouvelle fenêtre sur l'histoire compliquée de la façon dont la matière tombe dans les trous noirs, indiquant pour la première fois comment cartel les champs magnétiques et de la pesanteur embrouillés d'Einsteinian à serrer hors d'un dernier éclat d'énergie de la matière ont condamné à l'emprisonnement infini dans un trou noir." Près du bord externe du trou noir, où la description newtonienne de la pesanteur décompose, les orbites ordinaires ne sont plus possibles. À ce point -- ou ainsi on l'a imaginé pour les dernières trois décennies -- plongeons de matière rapidement, sans à-coup et tranquillement dans le trou noir. En fin de compte, selon l'image régnante, le trou noir -- excepté exercer sa gravitation -- est un destinataire passif des donations de masse. Les premiers calculs réalistes de l'équipe de la matière tombant dans les trous noirs a fortement contredit plusieurs de ces espérances. Ils montrent, par exemple, que la vie à proximité d'un trou noir est quelque chose mais calme et quiet. Au lieu de cela, les effets relativistes que la matière de force pour plonger l'intérieur magnifient des mouvements aléatoires dans le fluide pour créer des perturbations violentes dans la force de densité, de vitesse et de champ magnétique, conduisant des vagues de matière et de champ magnétique en avant et en arrière. Cette violence peut avoir des conséquences observables, selon le Chef Hawley de la équipe de recherche Co. "juste comme n'importe quel fluide qui a été remué dans la turbulence, matière immédiatement en dehors du bord du trou noir est chauffé. Cette chaleur supplémentaire fait la lumière additionnelle que les astronomes sur terre peuvent voir, "a dit Hawley. "un des cachets des trous noirs est que leur intensité lumineuse change. Bien que ceci ait été connu pendant plus de 30 années, il n'a pas été possible d'étudier les origines de ces variations jusqu'ici. Les variations violentes du chauffage -- maintenant vu pour être un sous-produit normal des forces magnétiques près du trou noir -- offrent une explication normale pour l'éclat jamais-changeant des trous noirs." Un des propriétés les plus saisissantes d'un trou noir est sa capacité d'expulser des gicleurs à près de la vitesse de la lumière. Tandis qu'on s'est longtemps attendu à ce que les champs magnétiques soient cruciaux à ce processus, les dernières simulations montrent pour la première fois comment un champ peut être expulsé du gaz d'accroissement pour créer un tel gicleur. Peut-être le résultat d'étonner des nouvelles simulations sur ordinateur de l'équipe est que les champs magnétiques ont apporté près d'un trou noir tournant couplent également la rotation du trou pour importer orbiter plus lointain dehors, de la même manière cela que la transmission d'une voiture relie son moteur tournant à l'axe. Dit Krolik, "si un trou noir est rotation soutenue extrêmement rapidement, son 'train d'entraînement 'peut être si puissant que sa capture de la masse additionnelle fasse ralentir sa rotation. L'augmentation de la masse agirait alors en tant que 'gouverneur, 'imposant une limite de vitesse cosmique sur des rotations de trou noir." Selon Krolik, ce "gouverneur" peut avoir des implications fortes pour plusieurs des propriétés les plus saisissantes des trous noirs. On le pense largement, par exemple, que la force d'un gicleur du trou noir est liée à sa rotation, ainsi "une limite de vitesse de rotation" pourrait déterminer une force caractéristique pour les gicleurs, Krolik dit. Financé par le National Science Foundation, cette recherche est éditée dans une série de quatre articles dans le journal astrophysique. ((De Villiers et autres 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et autres 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et autres. ApJ 620, 879; Krolik et autres. Avril 2005 ApJ en cours d'impression.)) Les simulations ont été effectuées au centre NSF-soutenu d'ordinateur géant de San Diego. La équipe de recherche a également inclus Shigenobu Hirose, aussi de Johns Hopkins. Regarder les animations visuelles de la simulation sur ordinateur, comme des distillateurs de couleur de tordre les champs magnétiques, cliquettent ici: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
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Simulationen decken Überraschennachrichten über die Computersimulationen der schwarzen Bohrungen von, wie schwarze Bohrungen Angelegenheitserscheinenüberraschengewalttätigkeit und -turbulenz zusammenwachsen auf, schwierig viele allgemein gehaltene Annahmen über die Natur dieses Phänomenes. Computer deckt auf, daß das Leben um schwarze Bohrungen turbulent und heftig ist. Bildgutschrift: Universität Johns Hopkins, Baltimore, MD für mehr als 30 Jahre, Astrophysiker haben geglaubt, daß schwarze Bohrungen nahe gelegene Angelegenheit schlucken und eine enorme Menge Energie infolgedessen freigeben können. Bis vor kurzem jedoch sind die Einheiten, die Angelegenheit nah an schwarzen Bohrungen holen, kaum erforscht gewesen und Forscher gelassen verwirrt über viele der Details des Prozesses. Jetzt jedoch beantworten Computersimulationen der schwarzen Bohrungen, die von den Forschern, einschließlich zwei an der Universität Johns Hopkins entwickelt werden, einige jener Fragen und schwierig viele allgemein gehaltene Annahmen über die Natur dieses enigmatic Phänomenes. "erst haben Sie vor kurzem Mitglieder der Forschungsmannschaft -- John Hawley und Jean-Pierre-Pierre De Villiers, beide der Universität von Virginia -- verursachte ein Computerprogramm, das genug, um alle Elemente der Zunahme auf schwarze Bohrungen aufzuspüren leistungsfähig ist, von der Turbulenz und von den magnetischen Feldern zur relativistischen Schwerkraft,", sagte Julian Krolik (dargestellt am Recht), einen Professor im Henry A. Rowland Department Physik und Astronomie bei Johns Hopkins und Co-Führer der Forschungsmannschaft. "diese Programme öffnen ein neues Fenster auf der schwierigen Geschichte von, wie Angelegenheit in schwarze Bohrungen fällt und zum ersten Mal decken auf, wie der Mähdrescher der verwirrten magnetische Felder und Schwerkraft Einsteinian zum Zusammendrücken aus einem letzten Stoß von Energie von der Angelegenheit verurteilten zur endlosen Gefangenschaft in einer schwarzen Bohrung.", Nah an dem äußeren Rand der schwarzen Bohrung wohin die newtonische Beschreibung von Schwerkraft unten bricht, sind gewöhnliche Bahnen nicht mehr möglich. An diesem Punkt -- oder so ist es für die letzten drei Dekaden vorgestellt worden -- Angelegenheitskopfsprünge schnell, glatt und ruhig in die schwarze Bohrung. Im Ende entsprechend der vorherschenden Abbildung, ist die schwarze Bohrung -- außer dem Anwenden seiner Gravitationszugkraft -- eine passive Empfänger von Massenabgaben. Die ersten realistischen Berechnungen der Mannschaft der Angelegenheit fallend in schwarze Bohrungen hat stark viele dieser Erwartungen widersprochen. Sie stellen zum Beispiel dar daß das Leben in der Nähe einer schwarzen Bohrung alles außer Ruhe und Ruhe ist. Stattdessen die relativistischen Effekte, denen die Kraftangelegenheit zum Tauchen des Inneren gelegentliche Bewegungen innerhalb der Flüssigkeit vergrößern, um heftige Störungen in der Stärke der Dichte, der Geschwindigkeit und des magnetischen Feldes zu verursachen und hin und her Wellen der Angelegenheit und des magnetischen Feldes fahren. Diese Gewalttätigkeit kann wahrnehmbare Konsequenzen, nach Ansicht des Führers Hawley haben der Forschungsmannschaft Co. "gerade wie jede mögliche Flüssigkeit, die in Turbulenz gerührt worden ist, Angelegenheit sofort außerhalb des Randes der schwarzen Bohrung wird geheizt. Diese Extrahitze bildet zusätzliches Licht, das Astronomen auf Masse sehen können, "sagte Hawley. "einer der Stempel der schwarzen Bohrungen ist, daß ihr heller Ausgang sich verändert. Obgleich dieses für mehr als 30 Jahre bekannt, ist es nicht möglich gewesen, die Ursprung dieser Veränderungen bis jetzt zu studieren. Die heftigen Schwankungen der Heizung -- jetzt gesehen, um eine natürliche Nebenerscheinung der magnetischen Kräfte nahe der schwarzen Bohrung zu sein -- geben eine natürliche Erklärung für überhaupt-ändernde Helligkeit der schwarzen Bohrungen.", Eine der auffallendsten Eigenschaften einer schwarzen Bohrung ist seine Fähigkeit, Strahlen mit nah an der Lichtgeschwindigkeit wegzutreiben. Während es lang erwartet worden ist, daß magnetische Felder zu diesem Prozeß entscheidend sind, zeigen die neuesten Simulationen zum ersten Mal, wie ein Feld vom zusammenwachsenden Gas weggetrieben werden kann, um solch einen Strahl herzustellen. Möglicherweise ist das Resultat Überraschens der neuen Computersimulationen der Mannschaft, daß die magnetischen Felder nahe einer drehenden schwarzen Bohrung verbinden auch die Drehbeschleunigung der Bohrung, um heraus auszumachen das In Umlauf bringen weiter, in der gleichen Weise holten, daß das Getriebe eines Autos seinen drehenden Motor an die Welle anschließt. Sagt Krolik, ", wenn eine schwarze Bohrung getragenes extrem schnell spinnen ist, sein ' Antriebszug ' kann so leistungsfähig sein, daß seine Sicherung der zusätzlichen Masse seine Umdrehung veranläßt, zu verlangsamen. Zunahme der Masse würde dann als ein ' Regler dienen, ', eine kosmische Höchstgeschwindigkeit auf Drehbeschleunigungen der schwarzen Bohrung erzwingend.", Entsprechend Krolik kann dieser "Regler" starke Implikationen für viele der auffallendsten Eigenschaften der schwarzen Bohrungen haben. Es wird weit gedacht, z.B. daß die Stärke eines Strahles der schwarzen Bohrung mit seiner Drehbeschleunigung zusammenhängt, also konnte eine "Drehbeschleunigunghöchstgeschwindigkeit" eine charakteristische Stärke für die Strahlen, gesagtes Krolik feststellen. Finanziert durch das National Science Foundation, wird diese Forschung in einer Reihe von vier Papieren im astrophysikalischen Journal veröffentlicht. ((De Villiers et al. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al.. ApJ 620, 879; Krolik et al.. April 2005 ApJ in der Presse.)) Die Simulationen wurden in der NSF-gestützten San Diego Supercomputermitte durchgeführt. Die Forschungsmannschaft schloß auch Shigenobu Hirose, auch von Johns Hopkins mit ein. videoAnimations der Computersimulation, sowie Farbenstille des Verdrehens der magnetischen Felder anzusehen, klicken hier: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
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Le simulazioni rivelano le notizie di sorpresa circa le simulazioni su elaboratore dei fori neri di come i fori neri concrescono violenza e turbolenza di sorpresa di esposizione della materia, challenging molti presupposti comunemente tenuti circa la natura di questo fenomeno. Il calcolatore rivela che la vita intorno ai fori neri è turbolenta e violenta. Accreditamento di immagine: L'università di Johns Hopkins, Baltimora, MD per più di 30 anni, astrophysicists ha creduto che i fori neri potessero swallow alla la materia vicina e liberare una quantità tremenda di energia di conseguenza. Fino a poco tempo fa, tuttavia, i meccanismi che portano la materia vicino ai fori neri sono stati capiti male, lasciando i ricercatori imbarazzati circa molti dei particolari del processo. Ora, tuttavia, le simulazioni su elaboratore dei fori neri sviluppati dai ricercatori, compreso due all'università di Johns Hopkins, stanno rispondendo ad alcune di quelle domande e challenging molti presupposti comunemente tenuti circa la natura di questo fenomeno enigmatic. "recentemente abbia soltanto membri del gruppo di ricerca -- John Hawley e Jean-Pierre-Pierre De Villiers, entrambi l'università di Virginia -- ha generato un programma destinato all'elaboratore abbastanza potente per rintracciare tutti gli elementi dell'accrescimento sui fori neri, da turbolenza e dai campi magnetici a gravità relativistica," ha detto Krolik julian (descritto alla destra), un professore nel henry A. Rowland Department della fisica e dell'astronomia a Johns Hopkins e la co-guida del gruppo di ricerca. "questi programmi stanno aprendo una nuova finestra sulla storia complicata di come la materia cade nei fori neri, rivelante per la prima volta come combine i campi magnetici e di gravità aggrovigliati di Einsteinian da comprimere verso l'esterno un ultimo burst dell'energia proveniente dalla materia hanno condannato all'imprigionamento infinito in un foro nero." Vicino al bordo esterno del foro nero, in cui la descrizione newtoniana di gravità analizza, le orbite ordinarie non sono più possibili. A quel punto -- o così è stato immaginato per le tre decadi scorse -- immersioni della materia rapidamente, uniformemente e tranquillamente nel foro nero. Alla fine, secondo l'immagine prevalente, il foro nero -- eccetto per impiegare la relativa attrazione gravitazionale -- è un destinatario passivo delle donazioni totali. I primi calcoli realistichi della squadra della materia che cadono nei fori neri ha contraddetto fortemente molte di queste aspettative. Mostrano, per esempio, che la vita nelle vicinanze di un foro nero è qualche cosa ma calma e quiet. Invece, gli effetti relativistici che la materia della forza per immergere l'interno ingrandisce i movimenti casuali all'interno del liquido per generare le dispersioni violente nella resistenza di densità, di velocità e del campo magnetico, guidando le onde della materia e del campo magnetico avanti e indietro. Questa violenza può avere conseguenze osservabili, secondo la guida Hawley di co- del gruppo di ricerca. "appena come tutto il liquido che è stato mescolato in turbolenza, materia immediatamente fuori del bordo del foro nero è riscaldato. Questo calore supplementare fa la luce supplementare che gli astronomi su terra possono vedere, "ha detto Hawley. "uno degli marchi di garanzia dei fori neri è che la loro uscita chiara varia. Anche se questo è stato conosciuto per più di 30 anni, non è stato possibile studiare le origini di queste variazioni finora. Le variazioni violente nel heating -- ora visto per essere un sottoprodotto naturale delle forze magnetiche vicino al foro nero -- offrono una spiegazione naturale per luminosità mai-cambiante dei fori neri." Una delle proprietà più notevoli di un foro nero è la relativa capacità di espellere i getti vicino alla velocità di luce. Mentre lungamente è stato previsto che i campi magnetici siano cruciali a questo processo, le ultime simulazioni mostrano per la prima volta come un campo può essere espulso dal gas concrescente per generare un tal getto. Forse il risultato di sorpresa di nuove simulazioni su elaboratore della squadra è che i campi magnetici hanno portato vicino ad un foro nero di rotazione inoltre coppia la rotazione del foro per importare orbitare intorno più lontano fuori, nello stesso senso che la trasmissione dell'automobile collega il relativo motore di rotazione all'asse. Dice Krolik, "se un foro nero è filatura sopportata estremamente velocemente, il relativo 'treno dell'azionamento 'può essere così potente che il relativo bloccaggio di massa supplementare induce la relativa rotazione a rallentare. L'accrescimento di massa allora fungerebbe da 'regolatore, 'facendo rispettare un limite di velocità cosmico sulle rotazioni del foro nero." Secondo Krolik, quel "regolatore" può avere implicazioni forti per molte delle proprietà più notevoli dei fori neri. Ampiamente si pensa, per esempio, che la resistenza di un getto del foro nero è collegata con la relativa rotazione, in modo da "un limite di velocità di rotazione" potrebbe determinare una resistenza caratteristica per i getti, Krolik detto. Costituito un fondo per dal National Science Foundation, questa ricerca sta pubblicanda in serie di quattro carte nel giornale astrofisico. ((De Villiers ed altri 2003, ApJ 599, 1238; Hirose ed altri 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers ed altri. ApJ 620, 879; Krolik ed altri. Aprile 2005 ApJ in stampa.)) Le simulazioni sono state realizzate al centro NSF-sostenuto del supercomputer de San Diego. Il gruppo di ricerca inoltre ha incluso Shigenobu Hirose, anche di Johns Hopkins. Osservare le video animazioni della simulazione su elaboratore, come pure gli alambicchi di colore di torcimento dei campi magnetici, si scatta qui: http://www.jhu.edu/news_info/news/audio-video/blackholes.html
