Vaizdas iš superkompiuterio modeliavimo parodo, kaip pozitronai elgiasi šalia besisukančios juodosios skylės įvykio horizonto.
(Paveikslėlis: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
Juodosios skylės gravitacinis traukimas yra toks stiprus, kad niekas, net šviesa, neišbėgtų, kai tik jis taptų per arti. Tačiau yra vienas būdas išvengti juodosios skylės, tačiau tik tuo atveju, jei esate subatominė dalelė.
Kai juodosios skylės burbuliuoja medžiagą jų apylinkėse, jos taip pat išspjauna galingus karštos plazmos purkštukus, kuriuose yra elektronų ir pozitronų, kurie yra antimonetiniai elektronų atitikmenys. Prieš pat tos laimingos įeinančios dalelės pasiekia įvykio horizontą arba negrįžimo tašką, jos pradeda įsibėgėti. Šios dalelės juda arti šviesos greičio ir nukrypsta nuo įvykio horizonto ir išstumiamos išilgai juodosios skylės sukimosi ašies.
Šie milžiniški ir galingi dalelių srautai, žinomi kaip relativistiniai purkštukai, skleidžia šviesą, kurią galime pamatyti teleskopu. Nors astronomai purkštukus stebėjo dešimtmečius, niekas tiksliai nežino, kaip pabėgančios dalelės gauna visą tą energiją. Atlikdami naują tyrimą, Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos (LBNL) tyrėjai Kalifornijoje atskleidė naują procesą. [Keisčiausios juodosios skylės Visatoje]
"Kaip gali būti sunaudota juodosios skylės sukimosi energija, kad būtų galima gaminti purkštukus?" Kyle'as Parfrey'as, vadovavęs juodosios skylės modeliavimui, dirbdamas kaip podoktorantūros darbuotojas Berkeley laboratorijoje, sakė savo pranešime. "Tai buvo klausimas ilgą laiką." Parfrey dabar yra NASA Goddardo kosminių skrydžių centro Marylande vyresnysis bendradarbis.
Siekdamas atsakyti į šį klausimą, Parfrey ir jo komanda sukūrė superkompiuterio modeliavimo rinkinį, kuris „sujungė dešimtmečius senas teorijas, kad suteiktų naujos informacijos apie plazmos purkštukų važiavimo mechanizmus, leidžiančius jiems pavogti energiją iš galingų juodųjų skylių gravitacinių laukų ir stumia jį toli nuo jų lūpų burnos “, - teiginyje teigė LBNL pareigūnai. Kitaip tariant, jie ištyrė, kaip juodosios skylės kraštutinė gravitacinė jėga gali suteikti dalelėms tiek energijos, kad jos pradeda spinduliuoti.
„Modeliavimai pirmą kartą sujungia teoriją, paaiškinančią, kaip elektros srovė aplink juodąją skylę susuka magnetinius laukus į purkštukus, o atskira teorija paaiškina, kaip dalelės, kertančios juodąją skylę, negrįžta atgal - įvykio horizontas. atrodo, kad tolimas stebėtojas neša neigiamą energiją ir sumažina juodosios skylės bendrą sukimosi energiją “, - teigė LBNL pareigūnai. "Tai yra tarsi užkandis, dėl kurio jūs prarandate kalorijas, o ne priaugate. Juodoji skylė iš tikrųjų praranda masę, nes slenka šios" neigiamos energijos "dalelės."
Parfrey teigė, kad abi teorijas jis sujungė siekdamas sujungti įprastą plazmos fiziką su Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija. Modeliavimas turėjo būti susijęs ne tik su dalelių pagreičiu ir šviesa, sklindančia iš reliatyvistinių purkštukų, bet taip pat reikėjo atsižvelgti į tai, kaip pirmiausia sukuriami pozitronai ir elektronai: susidūrus su didelės energijos fotonais, tokių kaip gama spinduliai. Šis procesas, vadinamas porų gamyba, gali šviesą paversti materija.
„Naujų modeliavimų rezultatai radikaliai nesiskiria nuo senųjų… modeliavimų, o tai tam tikra prasme džiugina“, - tyrime nedalyvavo Kolumbijos universiteto teorinės astrofizikos centro mokslininkas Robertas Penna. , parašė susijusiame straipsnyje „Požiūriai“ žurnale „Physical Review Letters“.
"Tačiau Parfrey ir kt. Atskleidžia įdomų ir romantišką elgesį", - teigė Penna. "Pavyzdžiui, jie randa didelę dalelių populiaciją, kurios reliatyvistinė energija yra neigiama, matuojama stebėtojo, esančio toli nuo juodosios skylės. Kai šios dalelės patenka į juodąją skylę, juodosios skylės bendra energija mažėja."
Vis dėlto buvo viena staigmena. Parfrey modeliavimas rodo, kad šių neigiamos energijos dalelių, tekančių į juodąją skylę, yra tiek daug, kad „energija, kurią jie išskiria krisdami į skylę, yra panaši į energiją, išgaunamą vyniojant magnetinį lauką“, - teigė Penna. "Norint patvirtinti šią prognozę, reikia tolesnių darbų, tačiau jei neigiamos energijos dalelių poveikis bus toks stiprus, kaip teigiama, tai galėtų pakeisti lūkesčius dėl juodųjų skylių purkštukų radiacijos spektro."
Parfrey ir jo komanda planuoja toliau tobulinti savo modelius, palygindami modeliavimą su stebėjimo įrodymais iš observatorijų, tokių kaip naujasis „Event Horizon“ teleskopas, kurio tikslas yra užfiksuoti pirmąsias juodosios skylės nuotraukas. „Jie taip pat planuoja išplėsti modeliavimo apimtį, kad apimtų įtekančių medžiagų srautą aplink juodosios skylės įvykio horizontą, vadinamą jo akrecijos srautu“, - teigė LBNL pareigūnai.
„Mes tikimės pateikti nuoseklesnį visos problemos vaizdą“, - sakė Parfrey.
Tyrimas paskelbtas trečiadienį (sausio 23 d.) „Physical Review Letters“.
