15:56 2024-08-23 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Simulările cu supercomputer oferă explicații pentru radiația de raze X din găurile negre

_ Simulările de supercomputer oferă explicații pentru radiația de raze X de la găurile negre

Cercetătorii de la Universitatea din Helsinki au reușit în ceva care a fost urmărit încă din anii 1970: explicarea radiațiilor X din împrejurimile găurilor negre. Radiația provine din efectul combinat al mișcărilor haotice ale câmpurilor magnetice și ale gazului plasmatic turbulent.

Folosind simulări detaliate de supercomputer, cercetătorii de la Universitatea din Helsinki au modelat interacțiunile dintre radiație, plasmă și câmpurile magnetice din jurul negru. găuri. S-a descoperit că mișcările haotice, sau turbulențele, cauzate de câmpurile magnetice, încălzesc plasma locală și o fac să radieze.

Studiul a fost publicat în Nature Communications. Simularea utilizată în studiu este primul model de fizică a plasmei care include toate interacțiunile cuantice importante dintre radiație și plasmă.

O gaură neagră este creată atunci când o stea mare se prăbușește într-o concentrație de masă atât de densă încât gravitația împiedică chiar și lumina să scape din sfera sa de influență. Acesta este motivul pentru care, în loc de observație directă, găurile negre pot fi observate doar prin efectele lor indirecte asupra mediului.

Majoritatea găurilor negre observate au o stea însoțitoare, cu care formează un sistem stelar binar. Într-un sistem binar, două obiecte orbitează unul în jurul celuilalt, iar materia stelei însoțitoare se îndreaptă încet în spirală în gaura neagră. Acest curent de gaz care curge lent formează adesea un disc de acreție în jurul găurii negre, o sursă strălucitoare și observabilă de raze X.

Din anii 1970, s-au făcut încercări de a modela radiația din fluxurile de acreție din jur. găurile negre. La acea vreme, se credea deja că razele X sunt generate prin interacțiunea gazelor locale și a câmpurilor magnetice, similar modului în care împrejurimile soarelui sunt încălzite prin activitatea sa magnetică prin erupții solare.

„Erupțiile solare”. în discurile de acreție ale găurilor negre sunt ca versiuni extreme ale erupțiilor solare”, spune profesorul asociat Joonas Nättilä, care conduce grupul de cercetare astrofizică a plasmei computaționale de la Universitatea din Helsinki, care este specializată în modelarea tocmai a acestui tip de plasmă extremă.

Simulările au demonstrat că turbulența din jurul găurilor negre este atât de puternică încât chiar și efectele cuantice devin importante pentru dinamica plasmei.

În amestecul modelat de plasmă electron-pozitron și fotoni, X local -radiația razelor se poate transforma în electroni și pozitroni, care apoi se pot anihila înapoi în radiații, pe măsură ce vin în contact.

Nättilä descrie modul în care electronii și pozitronii, antiparticule unul față de celălalt, nu apar de obicei în același loc. Cu toate acestea, împrejurimile extrem de energice ale găurilor negre fac chiar și acest lucru posibil. În general, radiațiile nu interacționează nici cu plasma. Cu toate acestea, fotonii sunt atât de energici în jurul găurilor negre încât interacțiunile lor sunt importante și pentru plasmă.

„În viața de zi cu zi, astfel de fenomene cuantice în care materia apare brusc în locul luminii extrem de strălucitoare nu sunt, desigur, nu. văzute, dar lângă găurile negre, ele devin cruciale”, spune Nättilä.

„Ne-a luat ani de zile să investigăm și să adăugăm la simulări toate fenomenele cuantice care au loc în natură, dar, în cele din urmă, a meritat.” adaugă el.

Studiul a demonstrat că plasma turbulentă produce în mod natural tipul de radiație cu raze X observată de pe discurile de acreție. De asemenea, simularea a făcut posibil, pentru prima dată, să se vadă că plasma din jurul găurilor negre poate fi în două stări de echilibru distincte, în funcție de câmpul de radiație extern. Într-o stare, plasma este transparentă și rece, în timp ce în cealaltă, este opac și fierbinte.

„Observațiile cu raze X ale discurilor de acumulare a găurilor negre arată exact același tip de variație între -numite stări moi și dure”, subliniază Nättilä.

(Fluierul)

Inapoi