Wissenschaftler haben die unmittelbare Umgebung eines Schwarzen Lochs auf die Erde gebracht, indem sie im Labor eine rotierende Plasmascheibe erzeugt haben.
Dieser Ring aus überhitzten Gasen simuliert Materie, die um den Rand der Schwarzen Löcher in sogenannten „Akkretionsscheiben“ wirbelt, die nach und nach Materie in die Schwarzen Löcher einspeisen.
Das von Forschern des Imperial College London durchgeführte Experiment könnte Wissenschaftlern dabei helfen, die Frage zu beantworten, wie Schwarze Löcher wachsen, indem sie die sie umgebende Materie verbrauchen.
„Wenn wir verstehen, wie Akkretionsscheiben funktionieren, können wir nicht nur herausfinden, wie Schwarze Löcher wachsen, sondern auch, wie Gaswolken kollabieren und sich bilden.“ SterneUnd sogar wie wir unsere eigenen Sterne besser erschaffen können, indem wir die Stabilität des Plasmas in Fusionsexperimenten verstehen“, sagt Vicente Valenzuela Villasica, Hauptautor und Postdoktorand an der Princeton University. sagte er in einer Erklärung.
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Plasmascheiben um Schwarze Löcher wurden verewigt, als das Event Horizon Telescope (EHT) Aufnahmen machte Das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs.
In diesem historischen Bild dominiert das supermassive Schwarze Loch im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) – und zwar Späteres Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs Im MilchstraßeUnd Bogen a* (Sgr A*) – ist ein leuchtend orangefarbener Plasmaring, der das dunkle zentrale Schwarze Loch umgibt.
Diese Schleife entsteht, wenn Materie in ein Schwarzes Loch gezogen wird und der massive Gravitationseffekt turbulente und heftige Bedingungen erzeugt, das Gas erhitzt und den Atomen, aus denen es besteht, Elektronen entzieht. Dadurch wird das Gas zu einem Plasma, einem Meer aus elektronenfreien Atomen bzw. Ionen und Elektronen. Dieses Plasma bildet durch den nach außen gerichteten Schub der durch seine Rotation erzeugten Zentrifugalkraft und der nach innen gerichteten Gravitationskraft eine stabile Akkretionsscheibe.
Diese Stabilität wird gelegentlich unterbrochen, wodurch Material von der Scheibe auf die Oberfläche des Schwarzen Lochs fällt. Wissenschaftler sind sich jedoch ziemlich sicher, wie die Instabilität entsteht. Dies ist wichtig für unser Verständnis von Schwarzen Löchern, da sie nicht wachsen können, ohne Materie anzusammeln.
Für Wissenschaftler ist es schwierig, ein Schwarzes Loch wie M87 nachzubilden, dessen Masse 4,5 Milliarden Mal so groß ist wie die eines Schwarzen Lochs Die Sonne. Das bedeutet, dass das Beste, was sie tun können, um die Umgebung dieser kosmischen Riesen aus nächster Nähe zu untersuchen, darin besteht, das Plasma nachzubilden, das sie umkreist.
Das Team nutzte den Mega Ampere Generator for Plasma Immersion Experiments (MAGPIE) der Maschine, um das Plasma zu drehen und eine exakte Wiederholung der Akkretionsscheiben zu erzeugen. Dazu mussten acht Plasmastrahlen beschleunigt und kollidiert werden, um einen rotierenden Schaft zu erzeugen. Das Team stellte fest, dass sich das Plasma in den inneren Regionen der Wolke schneller bewegte, was ihrer Meinung nach eine wichtige Eigenschaft von Akkretionsscheiben ist.
Das Experiment ermöglicht zwar eine bessere Modellierung von Akkretionsscheiben, stellt aber lediglich einen Machbarkeitsnachweis dar, vor allem weil MAGPIE nur kurze Plasmapulse erzeugen kann, was die Beobachtungen des Teams auf mehr als eine volle Umdrehung der Scheibe beschränkt. Die Wiederholung des Experiments mit längeren Plasmapulsen sollte es dem Team ermöglichen, die Akkretionsscheiben besser zu charakterisieren.
Einer der vorgeschlagenen Mechanismen, die zur Instabilität dieser Plasmascheiben führen, sind Magnetfelder, die zu Reibung führen, die zu einem Energieverlust in der Materie führt und diese an der Oberfläche der Schwarzen Löcher ansammelt. Längere Plasmapulse im Labor würden auch die Einführung von Magnetfeldern in das System ermöglichen, sodass Forscher diesen Mechanismus testen könnten.
„Wir stehen noch am Anfang der Möglichkeit, diese Akkretionsscheiben auf völlig neue Weise zu betrachten, einschließlich unserer Experimente und Schnappschüsse von Schwarzen Löchern Event Horizon Telescopesagte Valenzuela Villasica. „Dadurch können wir unsere Theorien testen und sehen, ob sie mit astronomischen Beobachtungen übereinstimmen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams werden in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.
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