¿Por qué los chorros relativistas son perpendiculares al disco de acreción?

Podemos pensar en las líneas del campo magnético como parte de su gas huésped en el chorro, en el sentido de que cuando el gas se mueve, las líneas de fuerza magnéticas deben moverse con él, y viceversa. Las líneas de campo magnético que pasan a través de un disco de acreción se ven obligadas a girar con el disco. Las partículas de gas ionizado por encima y por debajo del disco se ven obligadas a girar con las líneas de campo y, en consecuencia, sienten una fuerza centrífuga que las arroja hacia afuera. Sin embargo, más allá de cierta distancia, el campo magnético no es lo suficientemente fuerte como para obligar a las partículas a girar con él. Las partículas de gas se quedan atrás y doblan las líneas del campo magnético hacia atrás. A medida que las líneas de campo se retuercen más y más alrededor del eje de rotación, comienzan a ejercer una fuerte fuerza de compresión que puede ser responsable del enfoque inicial del haz. Esta tendencia de un campo magnético helicoidal a contraerse hacia su eje puede explicar por qué los chorros están tan concentrados. En algunas circunstancias, el campo magnético atornillado también puede actuar como un resorte comprimido y ayudar a acelerar aún más el gas.

La fuente de energía de un chorro es probablemente el propio disco de acreción. A medida que el material que cae gana velocidad, comienza a convertirse en un disco de materia que gira alrededor del agujero negro. En el disco de acreción, la densidad se hace cada vez mayor cuanto más se acerca la materia al agujero negro. Esto da como resultado colisiones cada vez más violentas entre las partículas. El enorme aumento en las colisiones de partículas de repente calienta tanto el gas que explota y expulsa la materia. Sin embargo, este material no puede atravesar el material circundante en el disco. Solo puede escapar a través del orificio central del disco de acreción en forma de rosquilla: se forman dos chorros simétricos que se disparan hacia afuera, que están enfocados por los "túneles de campo magnético" antes mencionados.Este mecanismo sería adecuado para radiogalaxias; sin embargo, sus chorros solo tienen una velocidad de aproximadamente una cuarta parte de la velocidad de la luz. Los chorros de los agujeros negros alcanzan una velocidad cercana a la de la luz (99% de c).

Los chorros en AGN, sin embargo, alcanzan velocidades muy por encima de la velocidad orbital máxima de un disco de acreción: se aceleran a una fracción de un porcentaje de la velocidad de la luz. Por lo tanto, dicho flujo no solo puede generarse con la energía gravitacional liberada por la materia que cae. Pero hay otra fuente de energía que se puede aprovechar: la energía de rotación de un agujero negro en rotación.

El área de superficie de un agujero negro nunca puede disminuir. Dado que un orificio giratorio tiene un área de superficie más pequeña que un orificio no giratorio de la misma masa, no existe una razón de principio por la que no se pueda extraer la energía rotacional. Los mecanismos que explican este proceso se basan en la gran similitud entre un agujero negro y un conductor eléctrico ordinario. Esta analogía se puede ilustrar imaginando que una carga se acerca cada vez más a un agujero negro que no gira. Cuando la carga está lejos del agujero, las líneas de campo eléctrico sobresalen radialmente de la carga. Pero a medida que la carga se acerca al horizonte, las líneas de campo se distorsionan más: se "envuelven" alrededor del agujero, de modo que un observador distante vería que el campo eléctrico surge en la superficie del horizonte. Es como si la carga se hubiera extendido por la superficie del agujero,

Un agujero negro giratorio se comporta como un conductor giratorio. Supongamos que el gas que se acerca a un agujero negro en rotación tiene un campo magnético. Cuando una partícula cargada, como un electrón, se mueve en un campo magnético, sobre ella actúa una fuerza que es perpendicular a su dirección de movimiento y perpendicular a las líneas del campo magnético. La fuerza hace que el electrón se desvíe de la dirección del movimiento. Los electrones en un disco de acreción son libres porque el gas que contiene se encuentra en un estado de plasma en el que los electrones ya no están unidos a sus núcleos atómicos. El disco de acreción gira con su eje paralelo a las líneas del campo magnético. Los electrones libres en el disco tenderán a moverse hacia el centro o lejos del centro dependiendo de la orientación del campo magnético y la dirección de rotación del disco. En cualquier caso, la acumulación de electrones en una parte del disco y la correspondiente minoría de electrones en otra parte del disco crearán un potencial eléctrico. El gas conductor unido a las líneas del campo magnético transfiere este potencial eléctrico a un circuito entre los polos del agujero negro y su ecuador. Los jets utilizan este circuito, que se asemeja a una batería, como fuente de energía. La energía que se extrae del agujero acelera las partículas cargadas y finalmente impulsa los chorros. Esto crea un arrastre en la rotación del agujero negro, que se ralentiza. El gas conductor unido a las líneas del campo magnético transfiere este potencial eléctrico a un circuito entre los polos del agujero negro y su ecuador. Los jets utilizan este circuito, que se asemeja a una batería, como fuente de energía. La energía que se extrae del agujero acelera las partículas cargadas y finalmente impulsa los chorros. Esto crea un arrastre en la rotación del agujero negro, que se ralentiza. El gas conductor unido a las líneas del campo magnético transfiere este potencial eléctrico a un circuito entre los polos del agujero negro y su ecuador. Los jets utilizan este circuito, que se asemeja a una batería, como fuente de energía. La energía que se extrae del agujero acelera las partículas cargadas y finalmente impulsa los chorros. Esto crea un arrastre en la rotación del agujero negro, que se ralentiza.

La enorme caída de tensión en este circuito podría ser la responsable de la creación de la materia que fluye en un chorro. A un voltaje tan grande, los electrones se aceleran con tanta fuerza que se crean partículas de materia y antimateria, en su mayoría electrones y positrones, a partir del vacío del espacio.

Principalmente tomó esto de aquí . Me fui un poco por la tangente, pero espero haber respondido a tu pregunta. Yo mismo no estoy seguro de por qué estas líneas de campo magnético divergen de un curso recto y se "esparcen" por la superficie de un agujero negro, pero tal vez alguien en los comentarios pueda explicarlo.