Nieuw onderzoek: chaotische magnetische velden en plasmaturbulentie verklaren röntgenstraling van zwarte gaten

AmsterdamOnderzoekers aan de Universiteit van Helsinki hebben ontdekt waarom zwarte gaten röntgenstraling uitzenden, een vraag die wetenschappers sinds de jaren '70 heeft beziggehouden. Ze kwamen erachter dat de röntgenstralen ontstaan door interacties tussen magnetische velden en plasmagas. Met behulp van krachtige supercomputersimulaties vonden ze dat de magnetische velden turbulentie veroorzaken in het plasma, wat het opwarmt en leidt tot de emissie van röntgenstralen.

Onderzoekers hebben de materieschijven die rond zwarte gaten ontstaan bestudeerd. Wanneer een grote ster ineenstort tot een zwart gat, kan deze een nabije begeleidende ster hebben. Materie van de begeleidende ster beweegt richting het zwarte gat en straalt fel als röntgenstraling in de vorm van een accretieschijf. Wetenschappers denken dat deze röntgenstraling wordt geproduceerd door de interacties tussen het gas en magnetische velden, vergelijkbaar met het proces dat bij zonnevlammen wordt waargenomen.

Belangrijke bevindingen zijn onder meer:

• Chaotische magnetische velden veroorzaken turbulentie in plasma rond zwarte gaten.
• Deze turbulentie verhit het plasma, waardoor het röntgenstraling uitzendt.
• Kwantumeffecten spelen een significante rol in de dynamiek van dit plasma.
• Plasma kan in twee evenwichtstoestanden bestaan onder invloed van externe straling.

Uit de simulaties bleek dat de turbulentie zo sterk is dat kwantumeffecten een rol gaan spelen. In het elektron-positronplasma kunnen fotonen veranderen in elektronen en positronen en weer terug. Dit is belangrijk omdat deze deeltjes normaal gesproken niet vaak samenkomen. De hoge energieën in de buurt van zwarte gaten maken dit mogelijk.

Lees ook:

Vandaag · 12:21

Verborgen dieptegeheimen: Arima-bronwater en aardbevingsrisico

Het opnemen van deze kwantumeffecten in de modellen kostte veel tijd, maar was cruciaal. Dit werk heeft duidelijk gemaakt waar röntgenstraling vandaan komt. Afhankelijk van de externe straling kan het plasma helder en koud of dik en heet zijn. Dit verklaart de verschillende röntgen-toestanden die worden waargenomen in accretieschijven.

De studie heeft belangrijke gevolgen. Door meer te leren over deze extreme omgevingen kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe hoogenergetische gebeurtenissen in de ruimte plaatsvinden. Dit kan de toekomstig onderzoek in de astrofysica beïnvloeden en helpen om nauwkeurigere modellen te ontwikkelen.

Het project ontving €2,2 miljoen van de Europese Onderzoeksraad om te onderzoeken hoe plasma en straling met elkaar reageren. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications en vormen een belangrijke vooruitgang in de computationele plasma-astrofysica.