O vizualizare dintr-o simulare de supercomputer arată modul în care comportamentele se comportă în apropierea orizontului de eveniment al unei găuri negre rotative.
(Imagine: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
Tragerea gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât nimic, nici măcar ușor, nu poate scăpa odată ce se apropie prea mult. Cu toate acestea, există o modalitate de a scăpa de o gaură neagră - dar numai dacă ești o particulă subatomică.
În timp ce găurile negre zvârcolesc materia din împrejurimile lor, ele scuipă și jeturi puternice de plasmă fierbinte care conțin electroni și pozitroni, echivalentul antimateriei electronilor. Chiar înainte ca acele particule norocoase care sosesc să ajungă la orizontul evenimentului sau punctul de neîntoarcere, încep să se accelereze. Mișcându-se aproape de viteza luminii, aceste particule se ricoșează din orizontul evenimentului și se aruncă spre exterior de-a lungul axei de rotație a găurii negre.
Cunoscute sub numele de jeturi relativiste, aceste fluxuri enorme și puternice de particule emit lumină pe care o putem vedea cu telescoapele. Deși astronomii au observat jeturile de zeci de ani, nimeni nu știe exact cum particulele care scapă capătă toată acea energie. Într-un nou studiu, cercetătorii cu Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) din California aruncă o nouă lumină asupra procesului. [Cele mai ciudate găuri negre din univers]
"Cum poate fi extrasă energia din rotația unei găuri negre pentru a face jeturi?" Kyle Parfrey, care a condus simulările găurilor negre în timpul său ca coleg postdoctoral la Berkeley Lab, a declarat într-un comunicat. "Aceasta a fost o întrebare de multă vreme." Parfrey este acum un coleg senior la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Maryland.
Pentru a încerca să răspundă la această întrebare, Parfrey și echipa sa au conceput un set de simulări de supercomputere care „combină teoriile vechi de zeci de ani pentru a oferi o perspectivă nouă despre mecanismele de conducere ale jeturilor cu plasmă, care le permite să fure energie din câmpurile gravitaționale puternice ale găurilor negre și propulsează-l departe de gurile lor deschise ", au declarat oficialii LBNL în declarație. Cu alte cuvinte, ei au investigat modul în care forța gravitațională extremă a unei găuri negre poate oferi particulelor atâta energie încât încep să radieze.
"Simulările, pentru prima dată, unesc o teorie care explică modul în care curenții electrici din jurul unei găuri negre răsucesc câmpurile magnetice în formarea jeturilor, cu o teorie separată care explică modul în care particulele care traversează punctul de neîntoarcere al unei găuri negre - orizontul evenimentului - pot par a fi un observator îndepărtat care să aducă energie negativă și să scadă energia de rotație totală a găurii negre ", au declarat oficialii LBNL. "Este ca și cum ai mânca o gustare care te face să pierzi calorii, mai degrabă decât să le câștigi. Gaura neagră pierde de fapt masă ca urmare a apariției acestor particule de energie negativă."
Parfrey a spus că a combinat cele două teorii în încercarea de a contopi fizica obișnuită a plasmei cu teoria relativității generale a lui Einstein. Simulările trebuiau să abordeze nu numai accelerarea particulelor și lumina provenită de la jeturile relativiste, dar a trebuit să țină cont și de modul în care sunt create pozitronii și electronii în primul rând: prin coliziunile fotonilor cu energie mare, cum ar fi razele gamma. Acest proces, numit producție de perechi, poate transforma lumina în materie.
"Rezultatele noilor simulări nu sunt radical diferite de cele ale vechilor ... simulări, ceea ce este, într-un anumit sens, liniștitor", a spus Robert Penna, un om de știință al Centrului de Astrofizică Teoretică al Universității Columbia, care nu a fost implicat în studiu , a scris într-un articol „Puncte de vedere” aferente din revista Physical Review Letters.
„Cu toate acestea, Parfrey et al. Descoperă un comportament interesant și inedit”, a spus Penna. "De exemplu, ei găsesc o populație mare de particule ale căror energii relativiste sunt negative, măsurate de un observator departe de gaura neagră. Când aceste particule cad în gaura neagră, energia totală a găurii negre scade."
Cu toate acestea, a fost o surpriză. Simulările lui Parfrey arată că există atât de multe dintre aceste particule de energie negativă care curg în gaura neagră "încât energia pe care o extrag căzând în gaură este comparabilă cu energia extrasă de înfășurarea câmpului magnetic", a spus Penna. "Lucrări de urmărire este necesară pentru a confirma această predicție, dar dacă efectul particulelor de energie negativă este la fel de puternic cum s-a pretins, ar putea modifica așteptările pentru spectrele de radiație de la jeturile cu găuri negre."
Parfrey și echipa sa intenționează să-și îmbunătățească în continuare modelele prin compararea simulărilor cu dovezi observaționale de la observatorii, cum ar fi noul eveniment Horizon Telescope, care își propune să surprindă primele fotografii ale unei găuri negre. "De asemenea, intenționează să lărgească sfera simulărilor pentru a include fluxul de materii infalabile în jurul orizontului evenimentului găurii negre, cunoscut sub denumirea de fluxul de acreție", au spus oficialii LBNL.
"Sperăm să oferim o imagine mai consecventă a întregii probleme", a spus Parfrey.
Studiul a fost publicat miercuri (23 ianuarie) în Physical Review Letters.
