Znanstvenici sa Sveučilišta u Helsinkiju postigli su značajan napredak u razumijevanju rendgenskog zračenja koje dolazi iz okoline crnih rupa, što je pitanje koje intrigira znanstvenike još od 1970-ih godina. Ovo zračenje proizlazi iz složenih interakcija između kaotičnih kretanja magnetskih polja i turbulentnog plina plazme.
Istraživači su koristili detaljne simulacije superračunalima kako bi modelirali interakcije između zračenja, plazme i magnetskih polja oko crnih rupa. Rezultati su pokazali da kaotična kretanja, poznata kao turbulencija, uzrokovana magnetskim poljima zagrijavaju lokalnu plazmu, čineći je izvorom rendgenskog zračenja. Ova studija, objavljena u časopisu Nature Communications, prvi je model plazma fizike koji uključuje sve bitne kvantne interakcije između zračenja i plazme.
Fokus na rendgensko zračenje iz akrecijskih diskova
Crna rupa nastaje kada masivna zvijezda kolabira u iznimno gustu koncentraciju mase, toliko snažnu da njezina gravitacija sprječava čak i svjetlost da pobjegne iz njezine gravitacijske sfere. Zbog toga se crne rupe ne mogu promatrati izravno, već samo putem njihovih neizravnih učinaka na okolinu. Većina promatranih crnih rupa ima zvijezdu pratioca, s kojom čini binarni sustav zvijezda. U takvom sustavu, dva objekta kruže jedan oko drugoga, a materija iz zvijezde pratioca polako spirale u crnu rupu. Ovaj polagani protok plina često formira akrecijski disk oko crne rupe, svijetao i lako uočljiv izvor rendgenskih zraka.
Od 1970-ih godina, znanstvenici su pokušavali modelirati zračenje iz akrecijskih diskova oko crnih rupa. Tada se već smatralo da rendgenske zrake nastaju kroz interakciju lokalnog plina i magnetskih polja, slično načinu na koji se Sunčeva okolina zagrijava putem magnetske aktivnosti u obliku Sunčevih baklji.
“Baklje u akrecijskim diskovima crnih rupa su poput ekstremnih verzija Sunčevih baklji”, kaže izvanredni profesor Joonas Nättilä, voditelj istraživačke skupine za računalnu plazma astrofiziku na Sveučilištu u Helsinkiju, koja se specijalizira za modeliranje upravo ovakve ekstremne plazme.
Interakcija zračenja i plazme
Simulacije su otkrile da je turbulencija u okolini crnih rupa toliko snažna da čak i kvantni efekti igraju ključnu ulogu u dinamici plazme. U modeliranoj fuziji elektronsko-pozitronske plazme i fotona, lokalno rendgensko zračenje može se pretvoriti u elektrone i pozitroni, koji se zatim mogu međusobno uništiti, vraćajući se natrag u obliku zračenja.
Nättilä objašnjava kako se elektroni i pozitroni, koji su antiparovi, inače ne nalaze zajedno. Međutim, izrazito energetski nabijena okolina crnih rupa omogućuje da se to ipak dogodi. U normalnim uvjetima, zračenje ne djeluje značajno na plazmu, ali fotoni u blizini crnih rupa toliko su energični da postaju važni i za samu plazmu.
“U svakodnevnom životu takvi kvantni fenomeni, gdje materija iznenada nastaje na mjestu izuzetno svijetlog svjetla, nisu vidljivi, ali u blizini crnih rupa postaju od presudne važnosti,” dodaje Nättilä.
Jasnija slika izvora zračenja
Studija je pokazala da turbulentna plazma prirodno proizvodi vrstu rendgenskog zračenja koja se opaža iz akrecijskih diskova. Simulacija je također po prvi put omogućila uvid u to da plazma oko crnih rupa može postojati u dva različita stanja ravnoteže, ovisno o vanjskom zračenju. U jednom stanju plazma je prozirna i hladna, dok je u drugom neprozirna i vruća.
“Rendgenska promatranja akrecijskih diskova crnih rupa točno pokazuju ovakve varijacije između takozvanih mekih i tvrdih stanja,” naglašava Nättilä.
Ovo otkriće predstavlja značajan napredak u razumijevanju ekstremnih uvjeta u blizini crnih rupa te otvara nova pitanja i mogućnosti za buduća istraživanja u ovom fascinantnom području astrofizike.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
