В ЦЕРНе получили аналог струй материи и антиматерии, вырывающихся из некоторых черных дыр и нейтронных звезд.
Физики из международной коллаборации Fireball использовали установку HiRadMat в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) для создания релятивистского пучка электрон-позитронной плазмы. Лабораторный эксперимент позволяет детально изучать сложную среду плазменных потоков, формируемых черными дырами.
Физики создали в лаборатории собственные версии релятивистских потоков или джетов, выбрасываемых черными дырами. Они захватили 300 млрд протонов из суперпротонного синхротрона и направили их на мишени из графита и тантала. Это запускает каскад взаимодействий частиц, который генерирует достаточное количество электрон-позитронных пар для поддержания стабильного состояния плазмы.
Схема эксперимента. Изображение: University of Rochester Laboratory for Laser Energetics illustration, Heather Palmer
Сначала протоны врезаются в ядра углерода в графите, обладая достаточной энергией, чтобы выбить элементарные частицы внутри них. Среди них нейтральные пионы, которые быстро распадаются на гамма-лучи высокой энергии. Эти гамма-лучи затем взаимодействуют с электрическим полем тантала, который, в свою очередь, производит пары электронов и позитронов. В ходе испытания ученые создали 10 трлн электрон-позитронных пар,. Этого более чем достаточно, чтобы заставить поток вести себя как настоящая астрофизическая плазма.
Основная идея экспериментов — воспроизвести в лаборатории микрофизику астрофизических явлений, таких как струи черных дыр и нейтронных звезд. То, что мы знаем об этих явлениях, получено почти исключительно из астрономических наблюдений и компьютерного моделирования, но телескопы не могут по-настоящему исследовать микрофизику, а моделирование предполагает приблизительные данные.
Джанлука Грегори, соавтор исследования
В центре почти каждой известной галактики расположена сверхмассивная черная дыра, поглощающая материал из своего окружения. При этом примерно каждая десятая из них также выбрасывать струи материи со скоростью, близкой к скорости света. Считается, что такие релятивистские струи содержат, среди других компонентов, плазму из электронов и позитронов.
Считается, что эта плазма формирует динамику и энергетический баланс черной дыры и ее окружения. Но как именно это происходит, остается малопонятным, поскольку трудно одновременно измерить плазму с помощью астрономических наблюдений и смоделировать ее с помощью компьютерных программ. Физики уверены, что лабораторный джет «черной дыры» поможет лучше исследовать эту экстремальную физику.
