Ny studie: kaotiska magnetfält och plasmaturbulens förklarar röntgenstrålning från svarta hål

StockholmForskare vid Helsingfors universitet har lyckats klargöra varför svarta hål avger röntgenstrålar, en fråga som har förbryllat vetenskapsmän sedan 1970-talet. De upptäckte att röntgenstrålarna uppstår på grund av interaktioner mellan magnetfält och plasma. Med hjälp av superdatorsimuleringar fann de att magnetfälten skapar turbulens i plasman, vilket värmer upp den och leder till utsläpp av röntgenstrålar.

Forskare har undersökt skivor av materia som bildas kring svarta hål. När en stor stjärna kollapsar till ett svart hål kan den ha en närliggande följeslagarstjärna. Materia från följeslagarstjärnan rör sig mot det svarta hålet och lyser starkt som röntgenstrålar i form av en ackretionsskiva. Vetenskapsmän tror att dessa röntgenstrålar genereras av interaktioner mellan gasen och magnetfälten, liknande processen som ses i solfläckar.

Viktiga upptäckter inkluderar: Kaotiska magnetfält skapar turbulens i plasma runt svarta hål. Denna turbulens värmer upp plasman och leder till utsläpp av röntgenstrålning. Kvanteffekter spelar en betydande roll i plasma-dynamiken. Plasma kan existera i två jämviktstillstånd som påverkas av yttre strålning.

Simuleringarna visade att turbulensen är så kraftig att kvanteffekter blir betydelsefulla. I en elektron-positronplasma kan fotoner förvandlas till elektroner och positroner och sedan tillbaka igen. Detta är viktigt eftersom dessa partiklar normalt sett inte förekommer tillsammans. De höga energinivåerna nära svarta hål gör detta möjligt.

Läs också:

Idag · 01:15

Globala skördar ökar stadigt och motbevisar farhågor om stagnerande jordbruksutveckling

Att inkludera dessa kvanteffekter i modellerna tog mycket tid, men det var nödvändigt. Det här arbetet gav en tydlig förståelse för varifrån röntgenstrålning kommer. Plasman kan vara klar och kall eller tät och varm beroende på extern strålning. Detta förklarar de olika röntgenlägena som ses i ackretionsskivor.

Studien har betydande effekter. Genom att studera dessa extrema miljöer kan forskare få en bättre förståelse för högenergetiska händelser i rymden. Detta kan påverka framtida forskning inom astrofysik och bidra till att skapa mer exakta modeller.

Projektet fick 2,2 miljoner euro från Europeiska forskningsrådet för att undersöka hur plasma och strålning samverkar. Resultaten publicerades i Nature Communications och representerar ett betydande framsteg inom beräkningsastrofysik med fokus på plasma.