Учени откриха обяснение за рентгеновото лъчение от черните дупки

 

Изследователи от университета в Хелзинки са успели да постигнат нещо, което човечеството се опитва да направи от 70-те години на миналия век: да намери обяснение на рентгеновото лъчение идващо от черните дупки. Радиацията произлиза от комбинирания ефект на хаотичните движения на магнитните полета и турбулентния плазмен газ.

Използвайки подробни суперкомпютърни симулации, изследователи от университета в Хелзинки моделираха взаимодействията между радиация, плазма и магнитни полета около черните дупки. Установено е, че хаотичните движения или турбуленцията, причинени от магнитните полета, нагряват локалната плазма и я карат да излъчва радиационните лъчи.

 

Фокус върху рентгеновото лъчение от акреционните дискове

Черна дупка се създава, когато голяма звезда се срине в толкова плътна концентрация на маса, че нейната гравитация не позволява дори на светлината да излезе от сферата на влияние. Ето защо, вместо пряко наблюдение, черните дупки могат да бъдат наблюдавани само чрез косвеното им въздействие върху околната среда.

Повечето от наблюдаваните черни дупки имат звезда-партньор, с която образуват двойна звездна система. В двойната система двата обекта се въртят един около друг и материята на придружаващата звезда бавно се движи спираловидно в черната дупка. Този бавно течащ поток от газ често образува акреционен диск около черната дупка, ярък, видим източник на рентгенови лъчи.

От 70-те години на миналия век се правят опити да се моделира радиацията от акреционните потоци около черните дупки. По това време вече се смяташе, че рентгеновите лъчи се генерират чрез взаимодействието на локалния газ и магнитните полета, подобно на това как заобикалящата среда на Слънцето се нагрява от неговата магнитна активност чрез слънчеви изригвания.

„Изригванията в акреционните дискове на черните дупки са като екстремни версии на слънчеви изригвания“, казва доцентът Йоонас Натилла. Той оглавява изследователската група Computational Plasma Astrophysics в университета в Хелзинки, която е специализирана в моделирането точно на този вид екстремна плазма.

 

Взаимодействието между радиация и плазма

Симулациите показват, че турбулентността около черните дупки е толкова силна, че дори квантовите ефекти стават важни за динамиката на плазмата.

В моделираната смес от електрон-позитронна плазма и фотони локалното рентгеново лъчение може да се превърне в електрони и позитрони, които след това могат да се „унищожат“ обратно в радиация, когато влязат в контакт.

Натилла описва как електроните и позитроните, античастици един на друг, обикновено не се срещат на едно и също място. Въпреки това изключително енергийната среда на черните дупки прави дори това възможно. По принцип радиацията също не взаимодейства с плазмата. Фотоните обаче са толкова енергични около черните дупки, че техните взаимодействия също са важни за плазмата.

„В ежедневието такива квантови феномени, при които материята внезапно се появява на мястото на изключително ярка светлина, разбира се, не се виждат, но в близост до черни дупки те стават решаващи“, казва доцентът.

„Отне ни години да проучим и добавим към симулациите всички квантови явления, срещащи се в природата, но в крайна сметка си заслужаваше“, добавя той.

 

Точна картина на произхода на радиацията

Проучването показва, че турбулентната плазма естествено произвежда вида рентгеново лъчение, наблюдавано от акреционните дискове. Симулацията също направи възможно за първи път да се види, че плазмата около черните дупки може да бъде в две различни равновесни състояния, в зависимост от външното радиационно поле. В едно състояние плазмата е прозрачна и студена, а в другото е непрозрачна и гореща.

„Рентгеновите наблюдения на акреционните дискове на черни дупки показват точно същия вид вариация между така наречените меки и твърди състояния“, посочва Натилла.

Изследването е публикувано в списанието Nature Communications. Симулацията, използвана в изследването, е първият модел на плазмената физика, който включва всички важни квантови взаимодействия между радиация и плазма. Проучването е част от проект, ръководен от Йоонас Натилла и финансиран с начален капитал от 2,2 милиона евро от Европейския съвет за научни изследвания, който има за цел да разбере взаимодействията между плазмата и радиацията.

 

Превод: Емил Кръстев
Източник:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240820124514.htm

Включи се в списъка ни с имейли – получаваш броеве, статии, видеа и всичко, което правим за популяризирането на науката в България.

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.