Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы (США) во время эксперимента по изучению процесса взаимодействия плазмы и магнитных полей, смогли решить загадку того, как активные сверхмассивные черные дыры выпускают свои релятивистские струи из плазмы. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research, пишет Space.
Сверхмассивные черные дыры есть в центрах большинства галактик. Такие черные дыры имеют массу, которая в миллионы и даже миллиарды раз больше массы Солнца. Они активно поглощают материю из окружающего очень горячего аккреционного диска. Заряженная материя, которая попадает в черную дыру, называется плазмой, но не всю ее поглощает черная дыра. Часть ионизированной плазмы, состоящей из атомов, лишенных электронов, выходит наружу в виде релятивистских струй.
Такие струи могут простираться на тысячи световых лет в космос и выходить за пределы галактики, в центре которой они возникли. Но объяснить физику, которая происходит у основания струй, где они формируются, ученые пока точно не могут.
Одно из возможных объяснений получили физики, которые смогли разработать модификацию метода измерения плазмы под названием протонная радиография.
Во время эксперимента ученые создали плазму с высокой плотностью энергии. Затем физики использовали мощные лазеры для создания ядерного синтеза в капсуле, заполненной дейтерием и гелием-3. Реакции синтеза высвобождали вспышки протонов и рентгеновских лучей.
Протоны и рентгеновские лучи затем проходили через никелевую сетку, заполненную крошечными отверстиями. В результаты ученые смогли измерить, как расширяющийся плазменный шлейф взаимодействует с фоновым магнитным полем.
По словам ученых, они смогли напрямую наблюдать, как взаимодействует плазма и магнитные поля. Оказалось, что под давлением плазмы магнитные поля изгибаются наружу, а плазма перемещается против линий магнитного поля. По мере уменьшения энергии плазмы линии магнитного поля смогли вернуться в исходное положение. Это привело к тому, что плазма сжалась в прямой поток, который мало чем отличается от релятивистской струи сверхмассивной черной дыры.
Физики впервые наблюдали магнитную неустойчивость Рэлея — Тейлора, которая должна возникать из-за взаимодействия плазмы и магнитных полей. Эксперимент помог подтвердить, что эта неустойчивость возникает, когда расширяющаяся плазма встречается с магнитными полями. Эксперимент ученых также показал, что создание релятивистский струй черных дыр может происходить из-за подобной реакции магнитных полей на расширяющуюся плазму.
Физики считают, что в аккреционном диске черной дыры условия становятся настолько интенсивными, что плазма способна давить на плотно упакованные линии магнитного поля, которые затем могут резко отскочить и вытолкнуть плазму виде узкой прямой струи. Если это на самом деле так, что данное открытие становится огромным шагом вперед в понимании работы активных сверхмассивных черных дыр.
