Vizualizacija simulacije superračunala pokazuje kako se pozitroni ponašaju u blizini horizonta rotirajuće crne rupe.
(Slika: © Kyle Parfrey i suradnici / Berkeley Lab)
Gravitacijsko povlačenje crne rupe toliko je snažno da ništa, pa ni svjetlost, ne može pobjeći kad se previše približi. Međutim, postoji jedan način da se izbjegne crna rupa - ali samo ako ste subatomska čestica.
Kako crne rupe gutaju materiju u njihovom okruženju, oni također ispaljuju snažne mlaznice vruće plazme koji sadrže elektrone i pozitrone, ekvivalent antimaterijskih elektrona. Neposredno prije nego što sretne čestice koje stignu stignu do horizonta događaja ili točke vraćanja, one se ubrzavaju. Pomičući se brzinom svjetlosti, ove se čestice odvajaju od horizonta događanja i odbacuju se prema osi crne rupe.
Poznati i kao relativistički mlazovi, ove ogromne i snažne struje čestica emitiraju svjetlost koju možemo vidjeti teleskopima. Iako astronomi promatraju mlaznice desetljećima, nitko ne zna točno kako bježeće čestice dobivaju svu tu energiju. U novoj studiji, istraživači iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley (LBNL) u Kaliforniji bacili su novo svjetlo na proces. [Najčudnije crne rupe u svemiru]
"Kako se energija u rotaciji crne rupe može izdvojiti za stvaranje mlazeva?" Kyle Parfrey, koji je vodio simulacije crne rupe za vrijeme doktoranda u Berkeley Lab, rekao je u izjavi. "Ovo je pitanje već duže vrijeme." Parfrey je sada stariji suradnik NASA-inog centra za svemirske letove Goddard u Marylandu.
Kako bi pokušali odgovoriti na to pitanje, Parfrey i njegov tim osmislili su niz simulacija superračunala koje su "kombinirale desetljeće stare teorije kako bi pružile novi uvid o pokretačkim mehanizmima u plazma zrakoplovima koji im omogućuje krađu energije iz moćnih gravitacijskih polja crnih rupa i tjerajte ga daleko od usta ", rekli su zvaničnici LBNL-a u izjavi. Drugim riječima, istražili su kako ekstremna gravitacijska sila crne rupe može dati česticama toliko energije da počinju zračiti.
"Simulacije, po prvi puta, objedinjuju teoriju koja objašnjava kako električne struje oko crne rupe uvijaju magnetska polja u tvoreći mlaznice, s odvojenom teorijom koja objašnjava kako čestice koje prolaze kroz točku vraćanja crne rupe - horizont događaja - mogu udaljenom promatraču nose negativnu energiju i spuštaju ukupnu rotacijsku energiju crne rupe, "rekli su dužnosnici LBNL-a. "To je poput konzumiranja grickalice koja uzrokuje da gubite kalorije, a ne da ih steknete. Crna rupa zapravo gubi masu uslijed gušenja ovih čestica 'negativne energije'."
Parfrey je rekao da je kombinirao dvije teorije u pokušaju spajanja obične fizike plazme s Einsteinovom teorijom opće relativnosti. Simulacije su se morale odnositi ne samo na ubrzanje čestica i svjetlost koja dolazi iz relativističkih mlaznica, već su trebale voditi računa i o načinu stvaranja pozitrona i elektrona u prvom redu: putem sudara visokoenergetskih fotona, poput gama zraka. Ovaj postupak, nazvan proizvodnja parova, može pretvoriti svjetlost u materiju.
"Rezultati novih simulacija ne razlikuju se radikalno od onih starih ... simulacija, što je u izvjesnom smislu uvjeravajuće", Robert Penna, znanstvenik s Centra za teorijsku astrofiziku Sveučilišta Columbia, koji nije bio uključen u studiju , napisao je u srodnom članku "Viewpoints" u časopisu Physical Review Letters.
"Međutim, Parfrey i sur. Otkrivaju neko zanimljivo i novo ponašanje", rekla je Penna. "Na primjer, oni pronalaze veliku populaciju čestica čija je relativistička energija negativna, mjereno promatračem daleko od crne rupe. Kad te čestice padnu u crnu rupu, ukupna energija crne rupe se smanjuje."
Bilo je, međutim, jedno iznenađenje. Parfreyjeve simulacije pokazuju da toliko crnih negativnih energija teče u crnu rupu "da je energija koju ekstrahiraju padom u rupu usporediva s energijom izvučenom namotavanjem magnetskog polja", rekla je Penna. "Za potvrdu ovog predviđanja potreban je daljnji rad, ali ako je učinak čestica negativne energije snažan kako se tvrdi, mogao bi izmijeniti očekivanja za spektar zračenja iz mlazeva crne rupe."
Parfrey i njegov tim planiraju poboljšati svoje modele uspoređujući simulacije s promatračkim dokazima iz promatračnica poput novog teleskopa Event Horizon koji ima za cilj snimiti prve fotografije crne rupe. "Oni također planiraju proširiti opseg simulacija kako bi obuhvatili protok padajuće materije oko horizonta događaja crne rupe, poznatog kao njen akumulacijski tijek", rekli su dužnosnici LBNL-a.
"Nadamo se pružiti dosljedniju sliku cijelog problema", rekao je Parfrey.
Studija je objavljena u srijedu (23. siječnja) u Physical Review Letters.
