Фізики зіштовхнули плазмові струмені, щоб створити штучні акреційні диски, які допоможуть з’ясувати, як ростуть чорні діри.
Вчені створили перегріті кільця плазми, що імітують сяючі акреційні диски, що обертаються навколо чорних дір з неймовірною швидкістю. Лабораторні експерименти можуть пролити світло на те, як ростуть чорні діри.
Акреційний диск — це кільце з перегрітої плазми або іонізованого газу, яке обертається навколо горизонту подій чорної діри, межі, за яку ніщо, навіть світло, не може вийти. Надшвидке обертання кільця створює відцентрову силу, яка виштовхує плазму назовні, протидіючи гравітації чорної діри і утримуючи плазму на стабільній орбіті. Плазма складається з матерії, яка притягується до межі чорної діри, а потім перегрівається під дією інтенсивної гравітаційної сили.
Збільшене зображення чорної діри M87*. Помаранчеве світло випромінюється акреційним диском надмасивної структури. Зображення надано Медейросом і ін., 2023 р.
Єдиним прямим наглядом акреційного диска є розмитий ореол оранжевого світла, сфотографований навколо M87 *, чорної діри розміром з Сонячну систему в центрі галактики Мессьє 87. Але тепер дослідники з Імперського коледжу Лондона відтворили його за допомогою університетського Мегаамперного генератора для експериментів з плазмової імплозії (англ. Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments, MAGPIE).
Інфрачервоне зображення штучного акреційного диска, оточеного восьмикутним набором плазмових струменів. Зображення надано Імперським коледжем Лондона
MAGPIE створила штучні кільця, розігнавши вісім окремих струменів плазми і зіштовхнувши їх, щоб сформувати центральну обертову колону. Усередині неї плазма оберталася швидше ближче до центру, ніж плазма по краям, точно так же, як в акреційному диску, пишуть дослідники. Обертові маси рухалися тільки один повний оборот, який займає близько 150 наносекунд (150 мільярдних часток секунди). Але дослідники сподіваються, що їм вдасться збільшити тривалість імпульсів, що дозволить спостерігати, як диски ростуть за кілька оборотів.
Вчені розраховують, що майбутні експерименти зі стійкими плазмовими кільцями допоможуть відповісти на одне з найважливіших питань про акреційні диски: як ростуть чорні діри, якщо акреційні диски залишаються на стабільних орбітах навколо горизонту подій.