黑洞的磁性秃顶挽救了广义相对论的预测 _生活百科

不过，这个猜想存在潜在的威胁。黑洞可以产生强磁场，也可以通过咀嚼磁化材料来获得。这样的场必须很快消失，无毛猜想才能成立。但真正的黑洞并不是孤立存在的。它们可以被等离子体包围——这种气体的能量如此强大，以至于电子已经从它们的原子中分离出来——可以维持磁场，从而可能会反驳这个猜想。

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来自纽约市熨斗研究所计算天体物理学中心 (CCA)、哥伦比亚大学和普林斯顿大学的研究人员使用对等离子体吞噬黑洞的超级计算机模拟，发现无毛猜想成立。该团队于 7 月 27 日在《物理评论快报》上报告了他们的发现。
【黑洞的磁性秃顶挽救了广义相对论的预测】“无毛猜想是广义相对论的基石，”研究合著者、CCA 研究员、普林斯顿博士后研究员 Bart Ripperda 说。“如果一个黑洞有一个长寿命的磁场，那么无毛猜想就被违反了。幸运的是，等离子体物理学的一个解决方案使无毛猜想不被打破。”
该团队的模拟表明，黑洞周围的磁场线迅速断裂并重新连接，形成充满等离子体的口袋，这些口袋会发射到太空或落入黑洞的喉咙。研究人员报告说，这个过程会迅速消耗磁场，可以解释在超大质量黑洞附近看到的耀斑。
“理论家没有想到这一点，因为他们通常将黑洞置于真空中，”里珀达说。“但在现实生活中，经常有等离子体，等离子体可以维持并带来磁场。这必须符合你的无毛猜想。”
Ripperda 与哥伦比亚大学研究生 Ashley Bransgrove 和 CCA 副研究科学家 Sasha Philippov 共同撰写了这项研究，Sasha Philippov 也是普林斯顿大学的访问研究学者。
2011 年对该问题的一项研究表明，无毛猜想有问题。然而，该研究仅以低分辨率研究了这些系统，并将等离子体视为流体。然而，黑洞周围的等离子体被稀释得很少，粒子很少会相互碰撞，因此将其视为流体过于简单化。
在这项新研究中，研究人员使用黑洞磁场的广义相对论模型进行了高分辨率等离子体物理模拟。总共花费了 1000 万个 CPU 小时来完成所有计算。“如果没有 Flatiron Institute 的计算资源，我们不可能完成这些模拟，”Ripperda 说。
由此产生的模拟显示了黑洞周围的磁场是如何演变的。起初，磁场以弧形从黑洞的北极延伸到其南极。然后，等离子体内的相互作用导致场向外膨胀。这种开放导致磁场分裂成单独的磁场线，从黑洞向外辐射。
场线在方向上交替，要么朝向事件视界，要么远离事件视界。附近的磁力线相互连接，形成由汇聚和分离的磁力线编织而成的图案。在两个这样的连接点之间，存在一个充满等离子体的间隙。等离子体被磁场激发，向外发射到太空或向内发射到黑洞中。随着这个过程的继续，磁场会失去能量并最终消失。
至关重要的是，这个过程发生得很快。研究人员发现，黑洞以光速的 10% 的速度消耗其磁场。“快速重新连接挽救了无毛猜想，”里珀达说。
研究人员提出，Messier 87 星系中心的超大质量黑洞产生耀斑的机制可以用模拟中看到的秃顶过程来解释。他们说，它们之间的初步比较看起来很有希望，但需要更强有力的评估。如果它们确实排列在一起，由黑洞事件视界的磁重联驱动的高能耀斑可能是一种普遍现象。