新たな研究: ブラックホール周辺のX線放射の原因は磁場とプラズマ乱流

Tokyoヘルシンキ大学の研究者たちは、1970年代から科学者たちを悩ませてきたブラックホールがX線を放出する理由を突き止めました。彼らは、X線が磁場とプラズマガスの相互作用から生じることを発見しました。スーパーコンピュータシミュレーションを用いて、磁場がプラズマに乱流を引き起こし、それが加熱されることでX線が放出されることを明らかにしました。

研究者たちはブラックホールの周りに形成される物質の円盤について調査してきました。大きな恒星がブラックホールへと崩壊するとき、近くに伴星を持つことがあります。この伴星からの物質がブラックホールに向かって移動し、降着円盤としてX線を強く放出します。科学者たちは、これらのX線がガスと磁場の相互作用によって生み出されていると考えており、このプロセスは太陽フレアで見られる現象と似ていると信じています。

主な発見は次の通りです：

• カオス的な磁場がブラックホール周辺のプラズマに乱流を引き起こします。
• 乱流はプラズマを加熱し、それによりX線を放出します。
• プラズマのダイナミクスには量子効果が重要な役割を果たしています。
• プラズマは外部からの放射により影響を受ける2つの平衡状態をとることができます。

シミュレーションによると、乱流が非常に激しく、量子効果が重要となります。電子-陽電子プラズマでは、光子が電子と陽電子に変化し、再び戻ることができます。これは通常、これらの粒子が一緒に現れることが少ないため、重要です。ブラックホールの近くの高エネルギーがこれを可能にしています。

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これらの量子効果をモデルに含めるのは時間がかかりましたが、重要な作業でした。この研究により、X線放射の発生源を明確に理解することができました。プラズマは外部放射の影響で透明で冷たい状態や厚くて熱い状態になることがあります。これにより、降着円盤で観測されるさまざまなX線の状態が説明されます。

この研究は重要な影響を持ちます。これらの過酷な環境について学ぶことにより、科学者たちは宇宙での高エネルギー現象をよりよく理解することができます。これにより将来の天体物理学の研究に影響を与え、より正確なモデルの構築に役立つかもしれません。

このプロジェクトは、プラズマと放射線の相互作用を研究するために、欧州研究会議から220万ユーロの助成を受けました。この研究成果は『ネイチャー・コミュニケーションズ』に発表され、計算プラズマ天体物理学の重要な進展を示しています。