Nowe badanie: chaotyczne pola magnetyczne i turbulencje w plazmie wyjaśniają promieniowanie rentgenowskie z czarnych dziur

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu Helsińskiego odkryli, dlaczego czarne dziury emitują promieniowanie rentgenowskie, co stanowiło zagadkę dla badaczy od lat 70. XX wieku. Stwierdzili, że promieniowanie rentgenowskie pochodzi z interakcji pól magnetycznych z gazem plazmowym. Przy użyciu symulacji superkomputerowych odkryli, że pola magnetyczne wywołują turbulencje w plazmie, co prowadzi do jej ogrzania i w efekcie do emisji promieniowania rentgenowskiego.

Naukowcy badali struktury z materii, które tworzą się wokół czarnych dziur. Kiedy wielka gwiazda zapada się w czarną dziurę, może mieć w pobliżu gwiazdę towarzyszącą. Materia z tej gwiazdy towarzyszącej przemieszcza się w kierunku czarnej dziury i emituje intensywnie X-promienie w postaci dysku akrecyjnego. Naukowcy uważają, że te promieniowanie X są wynikiem interakcji między gazem a polami magnetycznymi, podobnie jak proces zachodzący w rozbłyskach słonecznych.

Kluczowe wnioski obejmują:

• Chaotyczne pola magnetyczne generują turbulencje w plazmie wokół czarnych dziur.
• Turbulencje ogrzewają plazmę, co powoduje, że ta emituje promieniowanie rentgenowskie.
• Efekty kwantowe odgrywają istotną rolę w dynamice tej plazmy.
• Plazma może istnieć w dwóch stanach równowagi pod wpływem promieniowania zewnętrznego.

Symulacje wykazały, że turbulencja jest na tyle silna, iż istotne stają się efekty kwantowe. W plazmie elektronowo-pozytonowej fotony mogą przekształcać się w elektrony i pozytony, a następnie z powrotem w fotony. Jest to istotne, ponieważ normalnie takie cząstki rzadko występują razem. Wysokie energie w pobliżu czarnych dziur sprawiają, że jest to możliwe.

Zobacz również:

Dzisiaj · 10:18

Turbulencje morskie i wyzwania dla turbiny O2

Uwzględnienie efektów kwantowych w modeli zajęło dużo czasu, ale było to niezbędne. Praca ta dostarczyła wyraźnego zrozumienia źródła promieniowania rentgenowskiego. Plazma może być przejrzysta i zimna lub gęsta i gorąca w zależności od promieniowania zewnętrznego. To tłumaczy różne stany rentgenowskie obserwowane w dyskach akrecyjnych.

Badanie ma istotne znaczenie. Poznając te ekstremalne środowiska, naukowcy mogą lepiej zrozumieć zjawiska o wysokiej energii w kosmosie. To może wpłynąć na przyszłe badania w dziedzinie astrofizyki i pomóc w tworzeniu bardziej precyzyjnych modeli.

Projekt otrzymał 2,2 miliona euro z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych na badanie interakcji między plazmą a promieniowaniem. Wyniki zostały opublikowane w „Nature Communications” i stanowią istotny krok naprzód w dziedzinie obliczeniowej astrofizyki plazmowej.