Superarvuti simulatsioonist saadud visualiseerimine näitab, kuidas positronid käituvad pöörleva musta augu sündmushorisondi lähedal.
(Pilt: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
Musta augu gravitatsiooniline tõmme on nii tugev, et miski, isegi mitte kerge, ei pääse liiga lähedale minnes. Siiski on mustast august pääsemiseks üks viis - kuid ainult siis, kui olete subatomiline osake.
Kui mustad augud ümbritsevad asja, siis sülitavad nad välja ka kuuma plasma võimsad joad, mis sisaldavad elektronid ja positronid, mis on elektronide antimateriaalne ekvivalent. Vahetult enne nende õnnelikult saabuvate osakeste jõudmist sündmuse horisonti või tagasipöördumise punkti hakkavad nad kiirenema. Liikudes valguse kiirusele, rikošeeruvad need osakesed sündmuse horisondi juurest ja tõmmatakse väljapoole musta augu pöördetelge.
Need relativistlike reaktiivlennukitena kiirgavad need tohutud ja võimsad osakeste voolud valgust, mida me teleskoopide abil näeme. Kuigi astronoomid on joad jälginud aastakümneid, ei tea keegi täpselt, kuidas põgenevad osakesed kogu selle energia saavad. Uues uuringus heitsid Californias Lawrence Berkeley riikliku labori (LBNL) teadlased protsessile uut valgust. [Kummalisemad mustad augud universumis]
"Kuidas saab musta augu pöörlemisel saadud energiat düüside tegemiseks ammutada?" Kyle Parfrey, kes juhtis Berkeley Labis järeldoktoriõppe ajal musta augu simulatsioone, ütles oma avalduses. "See on olnud küsimus pikka aega." Parfrey on nüüd NASA Marylandis asuva Goddardi kosmoselennukeskuse vanemtüürimees.
Sellele küsimusele vastuse leidmiseks töötas Parfrey ja tema meeskond välja superarvuti simulatsioonide komplekti, mis "ühendas aastakümnete vanuseid teooriaid, et pakkuda uut teavet plasmajoade ajamismehhanismide kohta, mis võimaldab neil varastada energiat mustade aukude võimsatelt gravitatsiooniväljadelt ja tõukavad seda kaugelt oma haigutavast suust, "ütlesid LBNLi ametnikud avalduses. Teisisõnu, nad uurisid, kuidas musta augu äärmine gravitatsiooniline jõud võib osakestele anda nii palju energiat, et nad hakkavad kiirgama.
"Simulatsioonid ühendavad esmakordselt teooria, mis selgitab, kuidas musta auku ümbritsevad elektrivoolud keerutavad magnetväljad düüsideks, eraldi teooriaga, mis selgitab, kuidas läbi musta augu mitte tagasipöördumise punkti - sündmuse horisonti - läbivad osakesed ilmuvad kaugele vaatlejale negatiivse energia kandmiseks ja musta augu üldise pöördenergia vähendamiseks, "ütlesid LBNLi ametnikud. "See on nagu suupiste söömine, mis põhjustab kalorite kaotamise, mitte selle asemel, et neid kaotada. Must auk kaotab nende" negatiivse energia "osakeste slurmise tagajärjel massi."
Parfrey ütles, et ta ühendas kaks teooriat, püüdes sulatada tavaline plasmafüüsika Einsteini üldrelatiivsusteooriaga. Simulatsioonid pidid käsitlema mitte ainult osakeste kiirendust ja relativistlikest jogudest tulevat valgust, vaid pidi arvestama ka positiivsete ja elektronide loomise viisiga: suure energiaga footonite kokkupõrgete kaudu, nagu gammakiired. See protsess, mida nimetatakse paaritootmiseks, võib muuta valguse mateeriaks.
"Uute simulatsioonide tulemused ei erine radikaalselt vanade ... simulatsioonide tulemustest, mis on mõnes mõttes rahustav," sõnas Robert Penna, Columbia ülikooli teoreetilise astrofüüsika keskuse teadur, kes uuringuga ei tegelenud. , kirjutas ajakirjas Physical Review Letters seotud artiklis "Viewpoints".
"Parfrey jt paljastavad siiski huvitava ja uudse käitumise," sõnas Penna. "Näiteks leiavad nad suure osakeste populatsiooni, mille relativistlikud energiad on negatiivsed, mõõdetuna mustast august kaugel asuva vaatleja poolt. Kui need osakesed kukuvad musta auku, väheneb musta augu koguenergia."
Oli siiski üks üllatus. Parfrey simulatsioonid näitavad, et neid negatiivse energia osakesi voolab musta auku nii palju, et "energia, mille nad auku kukkudes eraldavad, on võrreldav energiaga, mille eraldab magnetvälja mähis", ütles Penna. "Selle ennustuse kinnitamiseks on vaja järelmeetmeid, kuid kui negatiivse energia osakeste mõju on nii tugev, kui väidetakse, võib see muuta ootusi musta auguga joade kiirgusspektritele."
Parfrey ja tema meeskond plaanivad oma mudeleid veelgi täiustada, võrreldes simulatsioone vaatlusasutuste vaatluslike tõenditega, nagu näiteks uus sündmus Horisondi teleskoop, mille eesmärk on jäädvustada esimesed fotod mustast august. "Samuti plaanivad nad simulatsioonide ulatust laiendada, et hõlmata sisseulatuvate ainete voog ümber musta augu sündmuste horisondi, mida nimetatakse selle akretsioonivooluks," ütlesid LBNL-i ametnikud.
"Loodame anda ühtsema pildi kogu probleemist," sõnas Parfrey.
Uuring avaldati kolmapäeval (23. jaanuaril) ajakirjas Physical Review Letters.
