Что играет роль динамо-машины в процессе Блэндфорда – Знаека?

Как показали Р. Блэндфорд и Р. Знаек ещё в конце 70-х годов, вращающаяся чёрная дыра (ЧД), обладающая плазменной оболочкой во внешнем магнитном поле, может играть роль униполярного индуктора (см. [6]). При этом потери энергии связаны с электромагнитным потоком вектора Пойнтинга. Справедливость данного вывода подтверждена многими результатами численного моделирования как в рамках магнитогидродинамических расчетов, так и методом частиц в ячейках. Для расчётов обычно использовалась метрика Керра – Шильда, позволяющая описывать течения как за пределами, так и внутри горизонта событий. С другой стороны, ещё в начале 80-х годов в попытке объяснить указанный процесс в рамках метрики Бойера – Линдквиста (она может быть использована лишь до горизонта событий и ею как раз и пользовались Блэндфорд и Знаек) К. Торн и Д. Макдональд предложили, как им казалось, физически понятную модель. Они ввели формальную мембрану, находящуюся над самой поверхностью горизонта. Поверхностный электрический ток, текущий по такой мембране (т.е. член j⋅E в уравнении баланса энергии), и должен был стать источником потока электромагнитной энергии. Но здесь возникает следующая проблема. Численные расчёты, проведенные С. Комиссаровым [7], показали, что в физически разумной постановке задачи (изначально существует вращающаяся ЧД в вакууме с внешним магнитным полем, а лишь затем магнитосфера заполняется плазмой) область, где уже сформировался поток энергии от ЧД к бесконечности, ограничивается двумя «волнами включения», одна из которых распространяется наружу, тогда как вторая – по направлению к ЧД. Внутренняя волна включения в этой метрике будет бесконечно долго достигать горизонта событий. А важнейший вывод здесь состоял в том, что поверхностные токи в волнах включения не генерируются (этот вывод для плоской метрики был также сделан К. Цынганосом и С. Боговаловым [8]), и поэтому такая мембрана не могла играть роль униполярного индуктора. Источник вектора Пойнтинга, таким образом, оставался непонятным. Как было показано в новой красивой работе [9], все вопросы могут быть сняты, если учесть, что волна включения существенно нестационарна. В результате волна включения, приближаясь к горизонту, заполняет всё больший и больший объём электромагнитным полем, энергия которого в метрике Бойера – Линдквиста, как известно, отрицательна. В данной области будет накапливаться и момент количества движения поля, противоположный моменту количества движения ЧД. При этом сама ЧД, строго говоря, не будет терять энергию и угловой момент, а поток наружу объясняется тем, что аналогичные потоки с противоположными знаками (отрицательная энергия и угловой момент) накапливаются в области за падающей мембраной. Иными словами, в уравнении баланса энергии в такой нестационарной мембране поток энергии будет создаваться изменением во времени плотности энергии электромагнитного поля (∂ρ/∂t). Возможно, в описываемой работе [9] сделан последний шаг в понимании физического механизма процесса Блендфорда – Знаека. [6] Бескин В С УФН 180 1241 (2010); Beskin V S Phys. Usp. 53 1199 (2010) [7] Komissarov S MNRAS 350 1431 (2004) [8] Bogovalov S, Tsinganos K MNRAS 305 211 (1999) [9] Toma K, Takahara F, Nakamura M, arXiv:2408.09993 [astro-ph.HE]