Vizualizācija no superdatora simulācijas parāda, kā pozitroni uzvedas netālu no rotējoša melnā cauruma notikumu horizonta.
(Attēls: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
Melnā cauruma gravitācijas vilkme ir tik spēcīga, ka nekas, pat ne gaisma, nevar izbēgt, tiklīdz tas kļūst pārāk tuvu. Tomēr ir viens veids, kā izkļūt no melnā cauruma, bet tikai tad, ja jūs esat subatomiska daļiņa.
Kad melnie caurumi gremdē lietu savā apkārtnē, tie izspiež arī spēcīgas karstas plazmas strūklas, kas satur elektronus un pozitronus, kas ir elektronu antimateriāla ekvivalents. Tieši pirms šīs laimīgās ienākošās daļiņas sasniedz notikuma horizontu vai punktu, kurā vairs neatgriežas, tās sāk paātrināties. Pārvietojoties tuvu gaismas ātrumam, šīs daļiņas rikošejas pie notikuma horizonta un tiek izvilktas uz āru pa melnā cauruma rotācijas asi.
Šīs milzīgās un spēcīgās daļiņu plūsmas, kas pazīstamas kā relativistiskas strūklas, izstaro gaismu, ko mēs varam redzēt ar teleskopiem. Lai arī astronomi ir novērojuši strūklu gadu desmitiem ilgi, neviens precīzi nezina, kā izplūstošās daļiņas iegūst visu šo enerģiju. Jaunā pētījumā pētnieki ar Lawrence Berkeley Nacionālo laboratoriju (LBNL) Kalifornijā parādīja jaunu procesu. [Dīvainākie melnie caurumi Visumā]
"Kā melnā cauruma rotācijā var iegūt enerģiju, lai izveidotu strūklu?" Kīls Pārfrejs, kurš vadīja melnā cauruma simulācijas savā laikā kā pēcdoktorantūras biedrs Bērklija laboratorijā, teikts paziņojumā. "Tas ir bijis jautājums ilgu laiku." Parfrejs tagad ir vecākais līdzstrādnieks NASA Goddard kosmosa lidojumu centrā Merilendā.
Lai mēģinātu atbildēt uz šo jautājumu, Parfrejs un viņa komanda izstrādāja superdatoru simulāciju kopu, kas "apvienoja gadu desmitiem vecās teorijas, lai sniegtu jaunu ieskatu par plazmas strūklu virzošajiem mehānismiem, kas ļauj viņiem nozagt enerģiju no melno caurumu spēcīgajiem gravitācijas laukiem un dzen to tālu no viņu gaping mutēm, "paziņojumā sacīja LBNL amatpersonas. Citiem vārdiem sakot, viņi izpētīja, kā melnā cauruma ekstrēmais gravitācijas spēks var dot daļiņām tik daudz enerģijas, ka tās sāk izstarot.
"Simulācijas pirmo reizi apvieno teoriju, kas izskaidro, kā elektriskās strāvas ap melno caurumu savērpa magnētiskos laukus, veidojot strūklas, ar atsevišķu teoriju, kas izskaidro, kā daļiņas, kas šķērso melnā cauruma atgriešanās punktu - notikumu horizontu - var šķiet, ka tālam novērotājam ir negatīva enerģija un zemāka melnā cauruma kopējā rotācijas enerģija, "sacīja LBNL amatpersonas. "Tas ir kā uzkodu ēšana, kas liek zaudēt kalorijas, nevis tās iegūt. Melnais caurums faktiski zaudē masu, sašķidrinot šīs“ negatīvās enerģijas ”daļiņas."
Pārfrejs sacīja, ka viņš apvienoja abas teorijas, mēģinot sapludināt parasto plazmas fiziku ar Einšteina vispārējās relativitātes teoriju. Simulācijām bija jāattiecas ne tikai uz daļiņu paātrinājumu un gaismu, kas nāk no relativistiskām strūklām, bet arī bija jāatskaitās par pozitronu un elektronu veidošanās veidu: caur augstas enerģijas fotonu sadursmēm, piemēram, gamma-stari. Šis process, ko sauc par pāra ražošanu, var pārvērst gaismu matērijā.
"Jauno simulāciju rezultāti nav radikāli atšķirīgi no veco… simulāciju rezultātiem, kas savā ziņā ir pārliecinoši," Roberts Penna, Kolumbijas Universitātes Teorētiskās astrofizikas centra pētnieks, kurš nebija iesaistīts pētījumā. , rakstīja saistītajā rakstā “viedokļi” žurnālā “Physical Review Letters”.
"Tomēr Pārfrejs un citi atklāj kādu interesantu un novatorisku uzvedību," sacīja Penna. "Piemēram, viņi atrod lielu daļiņu populāciju, kuru relativistiskās enerģijas ir negatīvas, ko mēra novērotājs, kas atrodas tālu no melnā cauruma. Kad šīs daļiņas iekrīt melnajā caurumā, melnā cauruma kopējā enerģija samazinās."
Tomēr bija viens pārsteigums. Parfreja simulācijas rāda, ka ir tik daudz no šīm negatīvās enerģijas daļiņām, kas plūst melnajā caurumā, "ka enerģija, ko tās iegūst, iekrītot caurumā, ir salīdzināma ar enerģiju, ko iegūst magnētiskā lauka tinuma rezultātā", sacīja Penna. "Lai apstiprinātu šo prognozi, ir nepieciešams papildu darbs, bet, ja negatīvās enerģijas daļiņu ietekme ir tik spēcīga, kā apgalvots, tas varētu mainīt cerības uz melno caurumu strūklu radiācijas spektriem."
Parfrejs un viņa komanda plāno vēl vairāk uzlabot savus modeļus, salīdzinot simulācijas ar novērojumu pierādījumiem no tādām observatorijām kā jaunais Event Horizon teleskops, kura mērķis ir iemūžināt pirmās melnā cauruma fotogrāfijas. "Viņi arī plāno paplašināt simulāciju darbības jomu, iekļaujot iekritušo vielu plūsmu ap melnā cauruma notikumu horizontu, kas pazīstams kā tā akreces plūsma," sacīja LBNL amatpersonas.
"Mēs ceram sniegt konsekventāku priekšstatu par visu problēmu," sacīja Parfrejs.
Pētījums tika publicēts trešdien (23. janvārī) žurnālā Physical Review Letters.
