Предоставлено: Имперский колледж Лондона.

Когда материя приближается к черным дырам, она нагревается, превращаясь в плазму — четвертое состояние материи, состоящее из заряженных ионов и свободных электронов. Он также начинает вращаться в структуре, называемой аккреционным диском. Вращение вызывает центробежную силу, выталкивающую плазму наружу, которая уравновешивается гравитацией черной дыры, втягивающей ее внутрь.

Эти светящиеся кольца орбитальной плазмы создают проблему: как черная дыра растет, если материал застревает на орбите, а не падает в дыру? Ведущая теория состоит в том, что нестабильность магнитных полей в плазме вызывает трение, заставляющее ее терять энергию и падать в черную дыру.

Основным способом проверки этого было использование жидких металлов, которые можно вращать, и наблюдение за тем, что происходит при приложении магнитных полей. Однако, поскольку металлы должны находиться внутри труб, они не являются истинным представлением свободно текущей плазмы.

Теперь исследователи из Imperial использовали свой мегаамперный генератор для экспериментов по плазменной имплозии (MAGPIE) для вращения плазмы в более точном представлении аккреционных дисков. Подробности эксперимента опубликованы 12 мая в журнале Physical Review Letters .

Ускоряющая плазма
Первый автор, доктор Висенте Валенсуэла-Вильясека, завершил исследование во время получения докторской степени на физическом факультете Империал. Он сказал: «Понимание того, как ведут себя аккреционные диски, поможет нам не только понять, как растут черные дыры, но также и то, как газовые облака коллапсируют, образуя звезды, и даже как мы могли бы лучше создавать наши собственные звезды, понимая стабильность плазмы в термоядерные эксперименты».

Команда использовала машину MAGPIE, чтобы разогнать восемь плазменных струй и столкнуть их, образуя вращающуюся колонну. Они обнаружили, что чем ближе к внутренней части вращающееся кольцо двигалось быстрее, что является важной характеристикой аккреционных дисков во Вселенной.

MAGPIE производит короткие импульсы плазмы, то есть был возможен только один оборот диска. Однако этот экспериментальный эксперимент показывает, как число оборотов можно увеличить с помощью более длинных импульсов, что позволит лучше охарактеризовать свойства диска. Более длительное время проведения эксперимента также позволит применить магнитные поля, чтобы проверить их влияние на трение в системе.

Д-р Валенсуэла-Вильясека сказал: «Мы только что начали смотреть на эти аккреционные диски совершенно по-новому, включая наши эксперименты и снимки черных дыр с помощью телескопа горизонта событий. Это позволит нам проверить наши теории и посмотреть, совпадают ли они с астрономическими наблюдениями».