Vizualizácia zo simulácie superpočítača ukazuje, ako sa pozitróny správajú blízko horizontu udalostí rotujúcej čiernej diery.
(Obrázok: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
Gravitačné pôsobenie čiernej diery je také silné, že akonáhle sa dostane príliš blízko, nemôže uniknúť niču ani ľahké. Existuje však jeden spôsob, ako uniknúť z čiernej diery - ale iba ak ste subatomickou časticou.
Keď čierne diery kývajú hmotou vo svojom okolí, vyplivujú tiež silné prúdy horúcej plazmy obsahujúce elektróny a pozitróny, čo je ekvivalent elektrónov proti antihmotám. Tesne predtým, ako tieto šťastné prichádzajúce častice dorazia na horizont udalostí alebo do bodu, kedy sa nevrátia, začnú sa zrýchľovať. Tieto častice sa pohybujú blízko rýchlosti svetla a potom sa odrazia od horizontu udalosti a vrhajú sa von pozdĺž osi rotácie čiernej diery.
Známe ako relativistické prúdy, tieto obrovské a silné prúdy častíc emitujú svetlo, ktoré vidíme pomocou ďalekohľadov. Hoci astronómovia pozorovali prúdy už celé desaťročia, nikto presne nevie, ako unikajúce častice získajú všetku tú energiu. V novej štúdii vedci z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) v Kalifornii vrhli nové svetlo na tento proces. [The Strangest Black Holes in the Universe]
„Ako možno získať energiu z rotácie čiernej diery na výrobu trysiek?“ Kyle Parfrey, ktorý viedol simulácie čiernych dier počas svojho pôsobenia ako postdoktorand v Berkeley Lab, uviedol vo vyhlásení. „To bola otázka už dlho.“ Parfrey je v súčasnosti senior členom Goddard Space Flight Center v Marylande.
Aby sa pokúsil odpovedať na túto otázku, vymyslel Parfrey a jeho tím skupinu superpočítačových simulácií, ktoré „kombinovali desaťročia staré teórie, aby poskytli nový pohľad na hnacie mechanizmy v plazmových tryskách, ktoré im umožňujú kradnúť energiu z mocných gravitačných polí čiernych dier a poháňať to ďaleko od ich zúfalých úst, “uviedli predstavitelia LBNL. Inými slovami, skúmali, ako môže extrémna gravitačná sila čiernej diery dať časticiam toľko energie, že začnú žiariť.
„Simulácie prvýkrát spájajú teóriu, ktorá vysvetľuje, ako elektrické prúdy okolo čiernej diery krútia magnetické polia do formovacích trysiek, so samostatnou teóriou, ktorá vysvetľuje, ako môžu častice prechádzajúce cez bod čiernej diery bez návratu - horizont udalostí - Zdá sa, že vzdialenému pozorovateľovi prinesie negatívnu energiu a zníži celkovú rotačnú energiu čiernej diery, “uviedli predstavitelia LBNL. „Je to ako jesť desiatu, ktorá spôsobí, že namiesto toho, aby ste ich získali, stratíte kalórie. Čierna diera vlastne stráca hmotnosť následkom usadzovania sa v týchto„ negatívnych “časticiach.“
Parfrey povedal, že kombinoval tieto dve teórie v snahe spojiť obyčajnú plazmovú fyziku s Einsteinovou teóriou všeobecnej relativity. Simulácie sa museli zameriavať nielen na zrýchlenie častíc a svetlo vychádzajúce z relativistických prúdov, ale tiež sa museli zodpovedať za to, ako sa vytvárajú predovšetkým pozitróny a elektróny: prostredníctvom zrážok vysokoenergetických fotónov, ako sú gama lúče. Tento proces, nazývaný výroba párov, môže zmeniť svetlo na hmotu.
„Výsledky nových simulácií sa radikálne nelíšia od výsledkov starých… simulácií, čo je v istom zmysle upokojujúce,“ Robert Penna, vedecký pracovník Centra pre teoretickú astrofyziku Kolumbijskej univerzity, ktorý sa na štúdii nezúčastnil. , napísal v súvisiacom článku „Vyhliadky“ v časopise Physical Review Letters.
„Parfrey a kol. Však odhalili niektoré zaujímavé a nové správanie,“ uviedla Penna. „Napríklad nachádzajú veľkú populáciu častíc, ktorých relativistické energie sú negatívne, merané pozorovateľom ďaleko od čiernej diery. Keď tieto častice spadnú do čiernej diery, celková energia čiernej diery klesá.“ “
Bolo tu však jedno prekvapenie. Parfreyove simulácie ukazujú, že do čiernej diery tečie toľko z týchto negatívnych častíc energie, že energia, ktorú extrahujú padaním do diery, je porovnateľná s energiou získanou navinutím magnetického poľa, uviedla Penna. „Na potvrdenie tejto predpovede je potrebná následná práca, ale ak je účinok častíc negatívnej energie taký silný, ako sa tvrdí, mohlo by to zmeniť očakávania pre spektrá žiarenia z prúdov čiernych dier.“
Parfrey a jeho tím plánujú ďalšie vylepšenie svojich modelov porovnaním simulácií s pozorovacími dôkazmi z observatórií, ako je nový Event Horizon Telescope, ktorého cieľom je zachytiť prvé fotografie čiernej diery. „Plánujú tiež rozšíriť rozsah simulácií tak, aby zahŕňali tok nafúknutej hmoty okolo horizontu udalostí čiernej diery, známeho ako jej tok narastania,“ uviedli predstavitelia LBNL.
„Dúfame, že poskytneme ucelenejší obraz o celom probléme,“ povedal Parfrey.
Štúdia bola uverejnená v stredu (23. januára) v listoch o fyzických recenziách.
