Визуализација симулације суперкомпјутера показује како се позитрони понашају у близини хоризонта догађаја ротирајуће црне рупе.
(Слика: © Киле Парфреи ет ал./Беркелеи Лаб)
Гравитационо повлачење црне рупе је толико снажно да ништа, па ни светлост, не може да избегне кад се превише приближи. Међутим, постоји један начин да се избегне црна рупа - али само ако сте субатомска честица.
Док црне рупе гутају материју у њиховој околини, они такође испаљују снажне млазеве вруће плазме који садрже електроне и позитроне, еквивалент антиматерије електрона. Пре него што те срећне честице које стигну стигну до хоризонта догађаја или до точке враћања, почињу да се убрзавају. Помичући се брзином светлости, ове честице се одвајају од хоризонта догађаја и одбацују се према осе оси ротације.
Познати и као релативистички млазови, ови огромни и снажни токови честица емитују светлост коју можемо видети телескопима. Иако астрономи посматрају млазеве деценијама, нико не зна тачно како бежеће честице добијају сву ту енергију. У новој студији, истраживачи из Националне лабораторије Лавренце Беркелеи (ЛБНЛ) из Калифорније осветлили су процес. [Најчудније црне рупе у свемиру]
"Како се енергија у ротацији црне рупе може извући како би се направили млазови?" Киле Парфреи, који је водио симулације црне рупе за време докторанда у Беркелеи Лаб, навео је у изјави. "Ово је питање већ дуже време." Парфреи је сада старији сарадник НАСА-иног центра за свемирске летове Годдард у Мариланду.
Како би покушали да одговоре на то питање, Парфреи и његов тим осмислили су сет симулација суперрачунара који су „комбиновали деценије старе теорије да би пружили нови увид у покретачке механизме плаземских млазева који им омогућавају да краду енергију из моћних гравитационих поља црних рупа и потискујте то далеко од својих отворених уста ", навели су званичници ЛБНЛ-а у изјави. Другим речима, истраживали су како екстремна гравитациона сила црне рупе може дати честицама толико енергије да почињу да зраче.
"Симулације, по први пут, обједињују теорију која објашњава како електричне струје око црне рупе увијају магнетна поља у формирајуће млазнице, с одвојеном теоријом која објашњава како честице које пролазе кроз тачку враћања црне рупе - хоризонт догађаја - могу чини се удаљеном посматрачу да уноси негативну енергију и смањи укупну ротациону енергију црне рупе, "рекли су званичници ЛБНЛ-а. "То је попут конзумирања грицкалице која узрокује да изгубите калорије, а не како их добијате. Црна рупа заправо губи масу услед гушења ових честица негативне енергије."
Парфреи је рекао да је комбиновао две теорије у покушају спајања обичне физике плазме са Еинстеиновом теоријом опште релативности. Симулације су морале да се баве не само убрзањем честица и светлошћу која долази из релативистичких млазева, већ је требало да узме у обзир и начин на који се стварају позитрони и електрони: путем судара високоенергетских фотона, попут гама зрака. Овај процес, назван производња парова, може претворити светло у материју.
"Резултати нових симулација се не разликују радикално од оних старих ... симулација, што је у извесном смислу уверљиво", изјавио је Роберт Пенна, научник са Центра за теоријску астрофизику Универзитета Цолумбиа, који није био укључен у студију , написао је у сродном чланку "Виевпоинтс" у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс.
"Међутим, Парфреи и др. Откривају неко занимљиво и ново понашање", рекла је Пенна. "На пример, они проналазе велику популацију честица чија је релативистичка енергија негативна, мерено посматрачем далеко од црне рупе. Када те честице падну у црну рупу, укупна енергија црне рупе опада."
Било је, међутим, једно изненађење. Парфреијеве симулације показују да толико много тих честица негативне енергије тече у црну рупу „да је енергија коју екстрахирају падом у рупу упоредива са енергијом извученом намотавањем магнетног поља“, рекла је Пенна. "Потребни су додатни радови да се потврди ово предвиђање, али ако је ефекат честица негативне енергије снажан како се тврди, могао би изменити очекивања за спектар зрачења из млазева црне рупе."
Парфреи и његов тим планирају да побољшају своје моделе упоређујући симулације са доказима посматрања из опсерваторија попут новог телескопа Хоризон, који има за циљ да ухвати прве фотографије црне рупе. "Они такође планирају проширити опсег симулација тако да обухватају ток падајуће материје око хоризонта догађаја црне рупе, познатог као њен проток акрекције", рекли су званичници ЛБНЛ-а.
"Надамо се да ћемо пружити доследнију слику целог проблема", рекао је Парфреи.
Студија је објављена у сриједу (23. јануара) у Пхисицал Ревиев Леттерс.
