Волос

Намагниченные волосы: Почему электризуются волосы [магнитятся] — основные причины и что с этим делать

1 августа 2023
alexxlab

Содержание

Магнитное пересоединение экспоненциально быстро лишило черную дыру магнитного поля

С помощью компьютерного моделирования американские физики показали, что из-за магнитного пересоединения черная дыра Керра, окруженная сильно намагниченной плазмой, экспоненциально быстро теряет магнитное поле. Результаты методов кинетики релятивистской плазмы и резистивной магнитогидродинамики согласуются с теоремой об отсутствии волос, которая говорит, что черные дыры характеризуются только массой, угловым моментом и зарядом. Кроме того, потеря сильного магнитного поля становится причиной жесткого рентгеновского излучения из магнитосферы черной дыры, пишут ученые в Physical Review Letters.

В общей теории относительности принято считать, что все черные дыры подчиняются теореме об отсутствии волос: если у двух черных дыр одинаковые масса, заряд и угловой момент, то их невозможно отличить друг от друга — вся остальная информация об их прародителях и поглощенной материи скрыта от наблюдателя за горизонтом событий.

Черные дыры, рожденные в результате коллапса намагниченных звезд, рождаются с магнитным полем, пронизывающим горизонт событий. Также черная дыра может приобрести собственное магнитное поле в результате слияния с намагниченной нейтронной звездой. Из-за этого у черной дыры появляются волосы в виде силовых линий магнитного поля, но ненадолго — в вакууме любое безмассовое поле с целым спином быстро улетучивается, оставляя черную дыру «лысой».

Однако намагниченные черные дыры редко находятся в вакууме: если черная дыра сформировалась в результате коллапса нейтронной звезды, вокруг нее будет неизбежно присутствовать плазма, либо плазма образуется в результате рождения электрон-позитронных пар возле горизонта событий. Из-за присутствия высокопроводящей плазмы условия в теореме об отсутствии волос радикально меняются — вместо вакуума вокруг черной дыры появляется материя, способная удерживать магнитное поле и не давать ему соскочить с горизонта событий. В таком случае единственный возможный сценарий потери магнитного поля — это перезамыкание магнитных линий, в результате которого силовые линии вытягиваются, разрываются и соединяются вновь в виде магнитных петель, содержащих плазму.

Образовавшиеся плазмоиды либо падают за горизонт событий, либо улетают от черной дыры с релятивистскими скоростями. При этом энергия магнитного поля переходит в кинетическую энергию частиц и излучение. В 2011 году этот процесс наблюдали при моделировании намагниченной черной дыры в случае столкновительной плазмы (авторы ошибочно пренебрегли бесстолкновительной физикой плазмы) и в низком численном разрешении. Это привело к чрезмерно долгому угасанию магнитного поля и нарушению теоремы об отсутствии волос.

Ученые под руководством Эшли Брансгроува (Ashley Bransgrove) из Колумбийского университета учли ошибки предыдущего исследования и использовали более точные численные моделирования кинетики частиц — GRPIC (general-relativistic particle-in-cell) и магнитогидродинамики — GRRMHD (general-relativistic resistive magnetohydrodynamics) для изучения процесса потери магнитного поля черной дырой Керра.

В качестве начального состояния физики выбрали черную дыру с дипольным магнитным полем, предполагая, что она уже поглотила нейтронную звезду, окруженную плазмой, но еще не начала терять поле. Оба метода моделирования показали, что эволюция магнитосферы проходит в несколько стадий: сначала плазма в эргосфере вращается вокруг черной дыры, увлекает за собой ее магнитное поле и продуцирует полоидальное магнитное поле (линии которого проходят вдоль меридианов) по правилу буравчика. По мере раздувания полоидального магнитного поля силовые линии вытягиваются и сгущаются у экватора. В итоге картина силовых линий напоминает поля двух магнитных монополей (split-monopole field) — в северном полушарии линии направлены прямо от черной дыры, в южном — к черной дыре. Тороидальное магнитное поле (чьи линии направлены вдоль параллелей) также противоположно направлено в двух полушариях. Подобная конфигурация магнитных полей в соответствии с первым уравнением Максвелла рождает токовый лист в плоскости экватора, вдоль которого происходит магнитное пересоединение полей.

По данным моделирования, впервые магнитное пересоединение появляется около так называемой поверхности застоя, снаружи которой плазма движется от черной дыры, а внутри — поглощается ею. Так, плазмоиды, рожденные снаружи поверхности застоя, улетают прочь вдоль токового листа со скоростью, близкой к скорости света, тогда как рожденные внутри медленно, со скоростью меньше десятой части скорости света, движутся к горизонту событий. Скорость магнитного пересоединения в модели GRPIC оказалась равной одной десятой скорости света, что превышает скорость пересоединения в GRRMHD в 10 раз. Из-за этого плазмоиды в GRPIC успевают вырасти больше, чем в GRRMHD, до того, как их отбрасывает с релятивистской скоростью. Такое расхождение вызвано тем, что в GRRMHD используется упрощенная модель диффузии частиц, а в GRPIC плазма смоделирована из первых принципов.

Также ученые провели магнитогидродинамическое моделирование в трехмерном режиме (GRRMHD2). В нем уже не наблюдалась осесимметричная картина пересоединения магнитного поля: трехмерные плазмоиды напоминают запутанные трубки конечной длины с более сложной топологией, чем у двумерных плазмоидов.

В обеих моделях магнитный поток через поверхность черной дыры уменьшается экспоненциально быстро вне зависимости от силы магнитного поля в начале эксперимента (в случае сильно намагниченной плазмы и малого ларморовского радиуса) — а это подтверждает выполнение теоремы об отсутствии волос.

Также физики выяснили, что итоговый заряд черной дыры равен нулю, то есть в результате размагничивания черная дыра снова стала черной дырой Керра.

Ученые обнаружили излучение при перезамыкании магнитных линий и посчитали общую диссипативную мощность, видимую при этом наблюдателем на бесконечности. Как и ожидалось, в магнитном поле выше миллиона гауссов и в пределе высокой намагниченности плазмы почти вся магнитная энергия переходит в излучение в жестком рентгеновском диапазоне, что со стороны может выглядеть как вспышка галактического магнетара. Авторы также отмечают, что в ходе «облысения» черной дыры может наблюдаться когерентное радиоизлучение, а также мазерное излучение, возникающее в результате столкновения гигантских плазмоидов с потоками плазмы.

Ранее мы писали о том, как ученые доказали теорему об отсутствии волос с помощью гравитационных волн, а также обсудили статью «Мягкие волосы черной дыры» о поправках к классической теореме об отсутствии волос с Эмилем Ахмедовым в материале «Уйдем по направлению световой бесконечности».

Елизавета Чистякова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Кучеряво живешь: как Нагиев, Бондарчук и Розенбаум будут выглядеть с волосами

Комсомольская правда

Результаты поиска

ЗвездыШоу-бизнесЗвезды: STARБЛОГИ

Алена МАРТЫНОВА

26 января 2023 7:00

Нейросеть показала, как изменятся с появлением волос Бондарчук, Нагиев и другие лысые знаменитости

Федор Бондарчук.Фото: Алена МАРТЫНОВА

Их блестящие черепа уже давно стали визитной карточкой на фоне уложенного волосок к волоску шоу-бизнеса. А сами они уверены, что лысина — не недостаток, а площадка для поцелуев: мол, к полированным головам женщины тянутся, как к намагниченным. А что, если знаменитым колобкам взять да и вернуть шевелюры — неужто вся харизма вмиг испарится? А может, наоборот, заиграет новыми красками?

В рамках очередного фотоэксперимента KP.RU вооружился искусственным интеллектом, чтобы расчесать привычно гладких знаменитостей. Причем, расшалившаяся нейросеть наваяла растительности не только на макушки, но и на щеки наших звёзд. Устояла ли при этом харизма, решать вам, дамы и господа. Хотя хватит одних только дам.

ДМИТРИЙ НАГИЕВ

Дмитрий Нагиев.Фото: Алена МАРТЫНОВА

Лысина телеведущего настолько популярна, что в Сети можно даже найти с ней (?!) интервью. Между тем, это вовсе не натуральное состояние шоумена: Нагиев уверяет, что у него полно волос, и каждое утро он вынужден брить «свой качан». Так что если отобрать у Дмитрия острые предметы, он непременно заколосится.

ГОША КУЦЕНКО

Гоша Куценко.Фото: Алена МАРТЫНОВА

«Антикиллер» любит повторять, что лишился волос из-за бывшей жены Марии Порошиной. Обошлось без рукоприкладства, просто в очередной ссоре Гоша психанул и почикал свои косы до плеч (да-да, Куценко был романтично волосат), а после так и оставил — охотнее стали звать в кино на роли бандитов. Согласитесь, злодей из лохматого и полного душевного равновесия Гоши получился бы никудышный…

ФЕДОР БОНДАРЧУК

Последний раз режиссер носил волосы по молодости лет, непременно выстригая узнаваемую «пацанскую» челочку. А мы предложили Федору Сергеевичу куда более радикальный вариант, при котором он внезапно стал двойником то ли Антонио Бандераса, то ли Киану Ривза. Ах, шарман, ну, сердцеед!

АЛЕКСАНДР РОЗЕНБАУМ

Александр Розенбаум.Фото: Алена МАРТЫНОВА

Прическа барда, а точнее, полное её отсутствие неизменно с 25-ти лет: именно в этом возрасте у Розенбаума, если верить его же словам, выпали все волосы. Из-за чего это случилось, и почему облысение никак не сказалось на усах, вопрос открытый. Но ёжик с бородкой в корне меняют дело и камуфлируют морщины, благодаря чему 71-летний Александр Яковлевич сбросил пару десятков лет.

ИОСИФ ПРИГОЖИН

Иосиф Пригожин.Фото: Алена МАРТЫНОВА

С таким кучерявым чубчиком продюсера не узнала бы и сама Валерия, а злым языкам и в голову бы не пришло называть Пригожина Шреком. Хотя сам Иосиф лысиной гордится: мол, зато не приходится стыдливо подкрашивать седину, как другие артисты. И о былой растительности в виде черной, как смоль, шапки волос (именно так Пригожин и выглядел в юности) ему напоминают лишь кустистые брови.

ЕГОР ДРУЖИНИН

Егор Дружинин.Фото: Алена МАРТЫНОВА

Срочно в номер: знаменитый хореограф оказался старшим братом Михаила Галустяна! Вот что шевелюра животворящая с людьми делает… Ну а если серьезно, шансов на воссоединение «семьи» нет: говорят, Егор Дружинин в своё время лишился волос из-за стресса. Но видит в этом одни лишь плюсы: теперь не надо спешить в парикмахерскую, да и танцевать без прядей куда удобнее.

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Что смотреть на ТВ в 2023 году (подробнее)

Возрастная категория сайта 18+

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.

ШЕФ-РЕДАКТОР САЙТА — КАНСКИЙ ВИКТОР ФЕДОРОВИЧ.

АВТОР СОВРЕМЕННОЙ ВЕРСИИ ИЗДАНИЯ — СУНГОРКИН ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ.

Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой массовой информации или нарушением иных требований закона.

АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781 127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.

Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было форме без письменного разрешения правообладателя.

Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]

В виртуальном космосе черная дыра сбрасывает свои магнитные волосы

В лаборатории

Аспирант Эшли Брансгроув описывает свое новое исследование магнитных полей черных дыр.

Автор

Ким Мартино

27 июля 2021 г.

Черные дыры могут показаться чужеродными, но это самые простые объекты во Вселенной. По словам Эшли Брансгроув, аспиранта Колумбийского университета, это единственное, что каждый должен знать о черных дырах. «Их можно полностью описать тремя числами: их массой, вращением и электрическим зарядом», — сказал он. «Это теорема об отсутствии волос».

Эшли Брансгроув, аспирант Колумбийского университета

В серии компьютерных симуляций Брансгроув и его коллеги решили проверить теорему, которая гласит, что для описания черной дыры не нужны дополнительные факторы, если она теряет свои «волосы» или магнитное поле в самом начале своего существования. Некоторые исследователи предположили, что плазма, окружающая все черные дыры, поставляет электрические токи, поддерживающие их магнитные поля.

В новом исследовании Physical Review Letters, Брансгроув и его соавторы показывают, что черные дыры, окруженные плазмой, теряют свои магнитные поля, как и предполагалось, посредством процесса, называемого магнитным пересоединением; Силовые линии магнитного поля распадаются на заполненные плазмой магнитные петли, которые улетают в космос или поглощаются черной дырой. Они говорят, что теорема об отсутствии волос верна, и черные дыры можно безопасно описывать тремя простыми терминами, а не многими другими.

Исследование было проведено в соавторстве с Бартом Рипперда, постдоком Института Флэтайрон и Принстонского университета, и Сашей Филипповым, научным сотрудником Института Флэтайрон. В Колумбии советниками Брансгроува являются профессора физики Андрей Белобородов и Юрий Левин.

Columbia News поговорил с Брансгроувом о черных дырах.

Как вы заинтересовались теоремой об отсутствии волос?

С этой задачей меня познакомил мой соавтор Саша Филиппов. Это привлекательная задача для теоретика, потому что она проста; начните с магнитного поля черной дыры и посмотрите, что произойдет.

Видео Барта Рипперды

Почему важно подтвердить, что черные дыры теряют свои магнитные поля?

Сверхмассивные черные дыры, подобные той, что находится в центре нашей галактики, демонстрируют яркие вспышки в рентгеновском и ближнем инфракрасном диапазонах, которые можно наблюдать со спутников, вращающихся вокруг Земли. Наша работа предполагает, что эти загадочные вспышки могут возникать, когда черные дыры теряют свои магнитные поля из-за магнитного пересоединения, как это наблюдается в наших симуляциях. Эта работа может также помочь объяснить другие астрофизические сценарии. Например, если черная дыра рождается с магнитным полем или в нее падает магнитная звезда, наша работа предполагает, что она в конечном итоге потеряет свое магнитное поле и при этом будет излучать рентгеновское излучение.

Как вы запускали симуляции?

 

В наших симуляциях использовались передовые алгоритмы для решения законов физики, описываемых сложными уравнениями, на компьютере из первых принципов. Таким образом, мы можем начать с физической системы, такой как черная дыра с магнитным полем, и развивать ее во времени, чтобы посмотреть, что произойдет. Моделирование выполнялось на нескольких суперкомпьютерах в течение нескольких месяцев и потребляло 10 миллионов часов ЦП. Обработка такого количества данных на ноутбуке заняла бы около 600 лет.

Почему вы решили стать астрофизиком?

Я заинтересовался теоретической астрофизикой благодаря моему научному руководителю Юрию Левину, когда изучал физику в Австралии. Меня привлекали проблемы, которые решают астрофизики, например, попытки понять взрывы и всплески излучения от удаленных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды, с помощью основных принципов физики.

Как вычислительная астрофизика меняет поле?

Думаю, мы живем в золотой век вычислительной астрофизики. Сейчас суперкомпьютеры достаточно мощны, а числовые алгоритмы достаточно развиты, и таким образом решаются многие давние проблемы. Моделирование недавно использовалось, чтобы помочь понять физику плазмы магнитосфер черных дыр и радиоволн, излучаемых пульсарами.

Что дальше?

Я продолжу использовать моделирование, чтобы понять магнитные поля черных дыр и нейтронных звезд, которые, в отличие от черных дыр, сохраняют свои магнитные поля в течение очень долгого времени. Оба объекта излучают много радиации, и это дает представление об их меняющихся магнитных полях. Компьютерное моделирование может пролить свет на действующую физику.

У вас есть любимый астрофизический объект?

Лебедь X-1, первая обнаруженная черная дыра. В 1974 году Стивен Хокинг поспорил с теоретиком черной дыры Кипом Торном, что космический объект под названием Лебедь X-1 не был черной дырой. В то время черные дыры были полностью гипотетическими объектами, но позже стало ясно, что Лебедь X-1 действительно был черной дырой и пожирал своего бинарного компаньона. Хокинг уступил, а остальное уже история.

Теги

Астрономия Физика Информатика

Быть терпеливым | Последние разработки в области болезни Альцгеймера

Последние новости

Тони Беннетт умер в возрасте 96 лет — несмотря на болезнь Альцгеймера, его музыкальная карьера продолжалась

Александра Марвар и Саймон Спичак | 21 июля 2023 г.

Музыкант Тони Беннетт, мастер любимых музыкальных стандартов, скончался на этой неделе в возрасте 96 лет. В 2021 году семья Тони Беннета объявила, что он…

AAIC Препараты для лечения болезни Альцгеймера антиамилоиды Apoe4

В AAIC мы нашли ответы на вопросы читателей о лекарствах от болезни Альцгеймера

Дебора Кан | 21 июля 2023 г.

Пишу из Амстердама, где на прошлой неделе редакция журнала «Быть ​​терпеливым» сообщала о самых важных новостях Ассоциации Альцгеймера…

Подробнее