Ученые создали перегретые кольца плазмы, имитирующие сияющие аккреционные диски, вращающиеся вокруг черных дыр с невероятной скоростью. Лабораторные эксперименты могут пролить свет на то, как растут черные дыры.
Аккреционный диск — это кольцо из перегретой плазмы или ионизированного газа, которое вращается вокруг горизонта событий черной дыры, границы, за которую ничто, даже свет, не может выйти. Сверхбыстрое вращение кольца создает центробежную силу, которая выталкивает плазму наружу, противодействуя гравитации черной дыры и удерживая плазму на стабильной орбите. Плазма состоит из материи, которая притягивается к границе черной дыры, а затем перегревается под действием интенсивной гравитационной силы.
Увеличенное изображение черной дыры M87*. Оранжевый свет излучается аккреционным диском сверхмассивной структуры. Изображение предоставлено Медейросом и др., 2023 г.
Единственным прямым наблюдением аккреционного диска является размытый ореол оранжевого света, сфотографированный вокруг M87*, черной дыры размером с Солнечную систему в центре галактики Мессье 87. Но теперь исследователи из Имперского колледжа Лондона воссоздали его с помощью университетского Мегаамперный генератор для экспериментов по плазменной имплозии (англ. Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments, MAGPIE).
Инфракрасное изображение искусственного аккреционного диска, окруженного восьмиугольным набором плазменных струй. Изображение предоставлено Имперским колледжем Лондона
MAGPIE создала искусственные кольца, разогнав восемь отдельных струй плазмы и столкнув их, чтобы сформировать центральную вращающуюся колонну. Внутри нее плазма вращалась быстрее ближе к центру, чем плазма по крам, точно так же, как в аккреционном диске, пишут исследователи. Вращающиеся массы двигались только один полный оборот, который занимает около 150 наносекунд (150 миллиардных долей секунды). Но исследователи надеются, что им удастся увеличить продолжительность импульсов, что позволит наблюдать, как диски растут за несколько оборотов.
Ученые рассчитывают, что будущие эксперименты с устойчивыми плазменными кольцами помогут ответить на один из самых важных вопросов об аккреционных дисках: как растут черные дыры, если аккреционные диски остаются на стабильных орбитах вокруг горизонта событий.
