Jak uciec z czarnej dziury

Czarne dziury słyną z ogromnego apetytu, pochłaniając materię z taką zaciekłością, że nawet światło nie może uciec, gdy zostanie pochłonięte.

Mniej zrozumiałe jest jednak to, jak czarne dziury oczyszczają energię zamkniętą w ich rotacji, wyrzucając w przestrzeń plazmę z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła. Dżety te mogą rozciągać się w przestrzeni na miliony lat świetlnych.

Nowe symulacje kierowane przez naukowców pracujących w Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) oraz UC Berkeley łączą dziesięcioletnie teorie w celu uzyskania nowego wglądu w mechanizmy napędzające w strumieniach plazmy, które pozwalają im kraść energię z potężnego pola grawitacyjnego czarnych dziur i napędzać je z dala od nich.

Symulacje mogą zapewnić użyteczne porównanie obserwacji o wysokiej rozdzielczości z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, zaprojektowanego w celu dostarczenia pierwszych bezpośrednich obrazów regionów, w których tworzą się strumienie plazmy.

Teleskop zapewni nowy wgląd na czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, a także szczegółowe spojrzenie na inne supermasywne czarne dziury.

„W jaki sposób energia rotacji czarnej dziury może zostać wyodrębniona do stworzenia dżetu? To pytanie zadawaliśmy sobie od dłuższego czasu” – powiedział Kyle Parfrey, który kierował pracami nad symulacjami.

Po raz pierwszy symulacje łączą teorię, która wyjaśnia, w jaki sposób natężenie elektryczne wokół czarnej dziury skręcają pola magnetyczne w tworzenie się dżetów, z osobną teorią wyjaśniającą, w jaki sposób cząsteczki przechodzące przez horyzont zdarzeń czarnej dziury, mogą ukazywać się odległemu obserwatorowi jako przenoszące ujemną energię i obniżające całkowitą energię rotacji czarnej dziury.

Symulacje komputerowe napotykają trudności w modelowaniu całej złożonej fizyki związanej z wyrzutem strumienia plazmy, która musi uwzględniać tworzenie się par elektronów i pozytonów, mechanizmu przyspieszania cząstek i emisję promieniowania z dżetów.

Wykonywane w centrum superkomputerów w NASA Ames Research Center w Mountain View w Kalifornii, symulacje zawierają nowe techniki numeryczne, które stanowią pierwszy model bezkolizyjnej plazmy – w której zderzenia między naładowanymi cząstkami nie odgrywają głównej roli – w obecności silnego pola magnetycznego powiązanego z czarną dziurą.

Symulacje naturalnie wywołują efekty znane jako mechanizm Blandforda-Znajka opisujący skręcające się pola magnetyczne, które tworzą dżety, oraz oddzielny proces Penrose’a opisujący, co się dzieje, gdy cząstki o ujemnej energii są połykane przez czarną dziurę.

Zespół zamierza lepiej wymodelować proces, w którym pary elektron-pozyton tworzone są w dżetach, w celu bardziej realistycznego zbadania dystrybucji plazmy przez dżety i ich emisji promieniowania, aby porównać je z obserwacjami. Planują również poszerzyć zakres symulacji, aby uwzględnić przepływ materii opadającej wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Berkeley Lab

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.