Pourquoi les trous noirs ont-ils des jets et des disques d'accrétion?

Si les trous noirs supermassifs possèdent la gravité requise pour empêcher la fuite des photons et autres particules de masse, pourquoi se forment des jets et des disques d'accrétion?

Ils semblent indiquer que quelque chose sort du trou noir, tandis que les mathématiques et la physique semblent nous dire que cela est impossible.

Il semblerait que les trous noirs supermassifs n'exercent de gravité que vers eux-mêmes.

En ce qui concerne les disques d'accrétion, rien ne sort du trou noir. C'est juste une question en orbite, bien qu'elle soit tourbillonnée un peu par glissement d'image. Même à une gravité élevée, la capacité à orbiter autour d'un corps massif existe toujours. La force gravitationnelle est déjà "utilisée" pour provoquer l'orbite (elle représente la force centripète), il n'y a donc pas besoin que le gaz tombe.

Quant aux jets, pour autant que je sache, il n'y a pas d'explication unique (je n'en suis pas sûr). Une explication candidate est le processus Blandford-Znajek ¹

L'image suivante est extraite de Black Holes et Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy , par Kip S. Thorne :

Fondamentalement, la plupart des trous noirs tournent, et parfois la rotation intense peut provoquer des forces qui surmontent la gravité, même de quelques ordres de grandeur.

Quand un trou noir tourne, les lignes de champ magnétique ancrés à ce ² essorage avec elle. Le plasma (du disque d'accrétion) est ensuite projeté le long de ces lignes, comme ce qui se passe lorsque vous mettez un marbre dans une tasse conique et le faites pivoter. Ceci est illustré dans la première image.

Dans la deuxième image, le courant passe à travers les lignes de champ (je ne comprends pas celle-ci aussi bien que la première, mais ce post a une explication raisonnable ), accélère le plasma avec un mécanisme similaire à un railgun électromagnétique . C'est une autre façon de créer des jets.

Notez que l'énergie ici provient de l'énergie de rotation du BH, pas de l'énergie de masse du "contenu" du BH (qui est perdue dans l'univers à moins que nous ne considérions le rayonnement de Hawking)

(J'examinerai de plus près le document lorsque j'en aurai le temps et je mettrai à jour la réponse en conséquence. Commentaires appréciés)

^{1. Blandford, RD et Znajek, RL (1977). Extraction électromagnétique de l'énergie des trous noirs de Kerr. Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, 179, 433-456.}

^{2. Alors que le théorème sans cheveux interdit à un trou noir nu de posséder des lignes de champ magnétique, celui qui possède un disque d'accrétion peut en avoir car les lignes de champ ne peuvent pas "s'échapper" à travers le disque.}

Un disque d'accrétion est une substance en orbite autour du trou noir alors qu'il y tombe. Ou il serait possible que les particules soient dans une sorte d'orbite autour du trou noir. Ce disque serait en dehors de l'horizon des événements, il n'est donc pas vraiment "dans" le trou noir.

Les jets sont formés d'une manière similaire. Les particules qui tournent dans le trou noir génèrent un rayonnement qui semble être «émis» par le trou noir.

Les choses semblent seulement sortir du trou noir, mais elles se produisent réellement en dehors de l'horizon des événements. Le disque et les jets sont formés par l'interaction de particules qui se déplacent autour du trou noir et pénètrent dans l'horizon des événements.