Por que os buracos negros têm jatos e discos de acúmulo?

Se os buracos negros supermassivos possuem a gravidade necessária para impedir a fuga de fótons e outras partículas de massa, por que jatos e discos de acúmulo se formam?

Eles parecem indicar que algo está vindo para fora do buraco negro, enquanto matemática e física parecem nos dizer que isso é impossível.

Parece que os buracos negros supermassivos apenas exercem gravidade em relação a si mesmos.

Quando se trata de discos de acreção, nada está vindo para fora do buraco negro. Isso é apenas matéria em órbita, embora seja girada um pouco ao arrastar quadros. Mesmo em alta gravidade, a capacidade de orbitar em torno de um corpo massivo ainda existe. A força gravitacional já está sendo "usada" para causar a órbita (é responsável pela força centrípeta), de modo que não há necessidade de o gás cair.

Quanto aos jatos, até onde sei, não há uma explicação única (não tenho certeza disso). Uma explicação do candidato é o processo de Blandford-Znajek ¹

A imagem a seguir é de Black Holes e Time Warps: O ultrajante legado de Einstein , de Kip S. Thorne :

Basicamente, a maioria dos buracos negros gira e, às vezes, a rotação intensa pode causar forças que superam a gravidade, mesmo em algumas ordens de magnitude.

Quando um buraco negro gira, as linhas do campo magnético ancoradas a ele ² giram junto com ele. O plasma (do disco de acreção) é então arremessado ao longo dessas linhas, semelhante ao que acontece quando você coloca uma bola de gude em um copo cônico e a gira. Isso é mostrado na primeira imagem.

Na segunda imagem, a corrente passa pelas linhas de campo (eu não entendo essa tão bem quanto a primeira, porém este post tem uma explicação razoável ), acelera o plasma com um mecanismo semelhante a uma espingarda eletromagnética . Essa é outra maneira de criar jatos.

Observe que a energia aqui vem da energia rotacional da BH, não da energia de massa dos "conteúdos" da BH (que é perdida no universo, a menos que consideremos a radiação Hawking)

(Darei uma olhada mais de perto no trabalho quando tiver tempo e atualizarei a resposta de acordo. Comentários apreciados)

^{1. Blandford, RD, e Znajek, RL (1977). Extração eletromagnética de energia dos buracos negros de Kerr. Observações mensais da Royal Astronomical Society, 179, 433-456.}

^{2. Enquanto o teorema de cabelo não proíbe um buraco negro nu de possuir linhas de campo magnético, um com um disco de acréscimo pode tê-los, pois as linhas de campo não podem "escapar" através do disco.}

Um disco de acréscimo é um material que orbita em torno do buraco negro à medida que cai nele. Ou seria possível que as partículas estivessem em algum tipo de órbita ao redor do buraco negro. Este disco estaria fora do horizonte de eventos, portanto não está realmente "dentro" do buraco negro.

Os jatos são formados de maneira semelhante. Partículas que giram no buraco negro geram radiação que parece ser "emitida" pelo buraco negro.

As coisas parecem estar saindo do buraco negro, mas estão realmente acontecendo fora do horizonte de eventos. O disco e os jatos são formados pela interação das partículas quando elas se movem pelo buraco negro e entram no horizonte de eventos.