Un experiment care folosește fascicule de protoni pentru a investiga modul în care plasmă și câmpurile magnetice interacționează ar putea să fi rezolvat tocmai misterul modului în care quasarii și alte găuri negre supermasive active își dezlănțuie jeturile relativiste.
Să ne imaginăm scena din inima unui quasar. Un supermasiv gaura neagrapoate de sute de milioane – sau chiar miliarde – de ori masa noastră soaredevorează cu râvnă materie care se scurge în gura sa de pe un disc în spirală, ultra-fierbinte. Acea materie încărcată se numește plasmă și este atrasă gravitațional în împrejurimile găurii negre – cu toate acestea, nu toată plasma, care este făcută din atomi ionizați sau electrificați, lipsiți de electroni, este înghițită de gaura neagră. Într-adevăr, gaura neagră mușcă mai mult decât poate mesteca, iar o parte din plasmă este scuipată în jeturi colimate de puternicele găuri negre. câmp magnetic înainte ca acea plasmă să ajungă nicăieri aproape orizontul evenimentelor, care este practic punctul de neîntoarcere.
Aceste avioane pot întinde mii de ani-lumină în spațiu. Cu toate acestea, explicarea fizicii care are loc la baza avionului, unde se formează, a eludat oamenii de știință.
Răspunsul poate să fi venit de la cercetătorii de la Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) din New Jersey, care au reușit să elaboreze o modificare a unei tehnici de măsurare a plasmei numită radiografie cu protoni.
În experimentul lor, cercetătorii au creat pentru prima dată o plasmă de înaltă densitate energetică trăgând un fascicul laser pulsat de 20 de jouli către o țintă de plastic. Apoi, au folosit lasere puternice pentru a instiga fuziunea nucleară într-o capsulă de combustibil plină cu deuteriu și heliu-3. Reacțiile de fuziune au eliberat explozii de protoni și raze X.
Înrudit: „Problema finală de parsec” care face ca găurile negre supermasive imposibil de explicat ar putea avea în sfârșit o soluție
Acești protoni și raze X au trecut apoi printr-o plasă de nichel umplută cu găuri minuscule. Gândiți-vă la plasă ca la o strecurătoare pentru strecurarea pastelor; tensionează protonii în multe fascicule discrete care apoi pot măsura modul în care pluma de plasmă în expansiune interacționează cu un câmp magnetic de fundal. Deoarece protonii sunt încărcați, ei vor urma liniile câmpului magnetic pe măsură ce sunt loviti de plasmă. Explozia de raze X acționează ca un control – deoarece razele X trec curat prin plasă și câmpul magnetic, ele oferă o imagine nedistorsionată a plasmei pentru a fi comparată cu măsurătorile fasciculului de protoni.
„Experimentul nostru a fost unic pentru că am putut vedea direct cum se schimbă câmpul magnetic în timp”, a spus Will Fox, cercetătorul principal al experimentului, într-un declaraţie. „Am putea observa direct cum câmpul este împins și răspunde la plasmă într-un tip de remorcher.”
Ei au observat în detaliu câmpul magnetic îndoindu-se în exterior sub presiunea plasmei în expansiune, cu plasma zbârnind împotriva liniilor câmpului magnetic. Acest barbotare și spumare a plasmei este cunoscut sub numele de instabilitate magneto-Rayleigh Taylor și a creat forme în câmpul magnetic care arată ca vârtejuri și ciuperci. În mod esențial, pe măsură ce energia plasmei a scăzut, liniile câmpului magnetic au putut să se întoarcă înapoi. Aceasta a comprimat plasma într-o coloană dreaptă, îngustă, asemănătoare cu jetul relativist al unui quasar.
„Când am făcut experimentul și am analizat datele, am descoperit că avem ceva mare”, a spus Sophia Malko de la PPPL. „Observarea instabilităților magneto-Rayleigh Taylor care decurg din interacțiunea dintre plasmă și câmpurile magnetice s-a crezut mult timp a avea loc, dar nu a fost niciodată observată direct până în prezent. Această observație ajută la confirmarea faptului că această instabilitate apare atunci când plasma în expansiune întâlnește câmpurile magnetice”.
Experimentul indică puternic că jeturile de quasar pot mulțumi acestui tip de reacție a câmpurilor magnetice la plasma în expansiune pentru crearea lor. Dacă rezultatele sunt o imagine a ceea ce se întâmplă în jurul găurilor negre active, asta ar însemna că, în discul de acumulare al găurii negre, condițiile devin atât de intense încât plasma din disc este capabilă să împingă liniile strânse ale câmpului magnetic, care pot apoi trageți înapoi și împingeți plasma într-o coloană îngustă, aproape împingând-o departe de gaura neagră. Dacă este adevărat, aceasta ar putea fi o piesă uriașă lipsă din imaginea noastră despre modul în care funcționează găurile negre active.
„Acum că am măsurat aceste instabilități foarte precis, avem informațiile de care avem nevoie pentru a ne îmbunătăți modelele și, potențial, a simula și înțelege jeturile astrofizice într-un grad înalt decât înainte”, a spus Malko. „Este interesant că oamenii pot face ceva într-un laborator care există de obicei în spațiu”.
Descoperirile au fost publicate pe 27 iunie în jurnal Cercetare de revizuire fizică.
Publicat inițial pe Space.com.
Comentarii recente