Badacze z Princeton Plasma Physics Laboratory w New Jersey poznali mechanizmy tworzenia się relatywistycznych dżetów emitowanych przez kwazary i inne supermasywne czarne dziury. Otrzymaliśmy dzięki ich pracy więcej danych na temat ekstremalnych warunków panujących w otoczeniu tych potężnych zjawisk.
Czarne dziury o masie przewyższającej Słońce miliard razy, pochłaniają ogromne ilości materii, tworząc wokół siebie gorące dyski złożone z plazmy — silnie naładowanych cząstek. Część tej materii zostaje pochłonięta przez czarną dziurę, ale znaczna jej ilość jest wyrzucana w postaci dżetów, które mogą rozciągać się na tysiące lat świetlnych. Mechanizmy stojące za powstawaniem dżetów stanowiły dotychczas zagadkę dla naukowców.
Zespół z PPPL opracował nowy wariant techniki zwanej radiografią protonową, aby badać interakcje między plazmą a polami magnetycznymi. W eksperymencie naukowcy najpierw wytworzyli plazmę o wysokiej gęstości energii i użyli impulsu lasera o mocy 20 dżuli, skierowanego na cel wykonany z... plastiku. Następnie, przy użyciu laserów o wielkiej mocy, wywołali reakcję fuzji jądrowej w kapsule paliwowej wypełnionej mieszaniną deuteru i helu-3. Reakcja — zgodnie z oczekiwaniami — uwolniła strumienie protonów oraz promieniowanie rentgenowskie.
Protony, przechodząc przez specjalną niklową siatkę, były formowane w sporą liczbę niewielkich wiązek, które pozwalały na precyzyjne śledzenie oddziaływań zachodzących między plazmą a polem magnetycznym. Badacze mogli bezpośrednio obserwować, jak linie pola magnetycznego deformują się pod wpływem nacisku ze strony plazmy. Owo zjawisko znane jako niestabilność Rayleigha- Taylora, prowadzi do tworzenia się złożonych struktur w polu magnetycznym, przypominających wiry i grzyby.
Obserwacje wykazały, że gdy energia plazmy zaczyna opadać, linie pola magnetycznego mają tendencję do cofania się, co powoduje ściskanie plazmy w wąską kolumnę. Taka struktura bardzo przypomina relatywistyczne dżety obserwowane w kwazarach. Sugeruje to, że podobne procesy mogą zachodzić właśnie wokół aktywnych supermasywnych czarnych dziur, gdzie warunki są na tyle ekstremalne, że plazma w dysku akrecyjnym może wywierać znaczący wpływ na pola magnetyczne, powodując ich sprężanie i w rezultacie wyrzucanie plazmy na zewnątrz.
Naukowcy z całego świata mówią o przełomie w zakresie wiedzy nt. mechanizmów działania aktywnych czarnych dziur. Jeśli wyniki eksperymentu rzeczywiście odzwierciedlają procesy zachodzące w kosmosie, to warunki panujące w dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur są na tyle ekstremalne, że mogą wywoływać niestabilności magnetyczne prowadzące do powstawania relatywistycznych dżetów.
Wyniki badań, opublikowane już w Physical Review Research, mogą mieć znaczący wpływ na przyszłe modele teoretyczne i symulacje. Fakt, że udało się w laboratorium odtworzyć procesy zachodzące w kosmosie, jest nie tylko ogromnym osiągnięciem, ale również otwiera nowe możliwości w badaniach astrofizycznych.
Okazuje się więc, że zjawiska, które dotychczas wydawały się nieosiągalne dla naukowców, mogą być z powodzeniem badane w warunkach laboratoryjnych, co stanowi olbrzymi krok naprzód. Przy okazji, daje to nadzieję również dla innych, podobnych zagadek astrofizycznych.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
