Ученые вырастили диск черной дыры в лаборатории, чтобы лучше понять, как они питаются
Ученые перенесли на Землю непосредственное окружение черной дыры, создав в лаборатории вращающийся диск из плазмы.
Это кольцо из перегретого газа имитирует материю, которая вращается вокруг края черных дыр в так называемых «аккреционных дисках», постепенно подающих материю к черным дырам.
Эксперимент, проведенный исследователями из Имперского колледжа Лондона, может помочь ученым ответить на вопрос, как черные дыры растут, поглощая окружающую их материю.
—Висенте Валенсуэла Вилласека, ведущий автор исследования.
Диски плазмы вокруг черных дыр были впервые запечатлены, когда телескоп горизонта событий сделал их первое прямое изображение.

На этом историческом изображении мы впервые видим диски сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87 (M87) а на более позднем изображении сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути Стрелец A *(Sgr A*) преобладает светящийся оранжевый цвет, который дает кольцо плазмы, окружающее темную центральную часть черной дыры.
Подобное кольцо возникает, когда материя притягивается к черной дыре, и ее огромное гравитационное влияние создает турбулентные и жестокие условия, нагревая газ и отрывая электроны от составляющих его атомов. Это превращает газ в плазму, море безэлектронных атомов или ионов и электронов. Эта плазма образует аккреционный диск, удерживаемый внешним толчком центробежной силы, создаваемой его вращением, и внутренней силой гравитации.
Эта стабильность иногда прерывается, в результате чего материал с диска падает на поверхность черной дыры, но ученые точно не уверены в понимании того, как возникают нестабильности. Это важно для нашего понимания черных дыр, поскольку они не могут расти без аккреции некоторого материала.
Ученые вряд ли могут воссоздать черную дыру, подобную M87, масса которой в 4,5 миллиарда раз превышает массу Солнца. Лучшее, что на данный момент доступно исследователям для изучения окружающей среды этих космических титанов вблизи — это воссоздать плазму, которая вращается вокруг них.

Команда использовала Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) для вращения плазмы и создания точных копий аккреционных дисков. Для этого потребовалось разогнать восемь струй плазмы и столкнуть их, чтобы получилась вращающаяся колонна. Команда обнаружила, что плазма движется быстрее во внутренних областях колонны, что считается важной характеристикой аккреционных дисков.
Несмотря на возможность лучшего моделирования аккреционных дисков, эксперимент является лишь доказательством концепции, главным образом потому, что MAGPIE может генерировать только короткие импульсы плазмы, что ограничивает наблюдения группы не более чем одним полным оборотом диска. Повторение эксперимента с более длинными импульсами плазмы должно позволить команде лучше охарактеризовать аккреционные диски.
Одним из предполагаемых механизмов, вызывающих нестабильность в этих дисках плазмы, являются магнитные поля, вызывающие трение, вызывающее потерю энергии материей, что приводит к ее аккреции к поверхности черных дыр. Более длинные импульсы плазмы в лаборатории также позволят ввести магнитные поля в систему, что позволит исследователям проверить работу этого механизма.
— Валенсуэла-Вильясека.
Исследование команды было опубликовано в научном журнале Physical Review Letters.
Это кольцо из перегретого газа имитирует материю, которая вращается вокруг края черных дыр в так называемых «аккреционных дисках», постепенно подающих материю к черным дырам.
Эксперимент, проведенный исследователями из Имперского колледжа Лондона, может помочь ученым ответить на вопрос, как черные дыры растут, поглощая окружающую их материю.
Понимание того, как ведут себя аккреционные диски, поможет нам не только понять, как растут черные дыры, но и то, как газовые облака коллапсируют, образуя звезды. В какой-то момент это даже может дать нам возможность создавать наши собственные звезды, понимая стабильность плазмы в экспериментах по термоядерному синтезу
—Висенте Валенсуэла Вилласека, ведущий автор исследования.
Диски плазмы вокруг черных дыр были впервые запечатлены, когда телескоп горизонта событий сделал их первое прямое изображение.

На этом историческом изображении мы впервые видим диски сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87 (M87) а на более позднем изображении сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути Стрелец A *(Sgr A*) преобладает светящийся оранжевый цвет, который дает кольцо плазмы, окружающее темную центральную часть черной дыры.
Подобное кольцо возникает, когда материя притягивается к черной дыре, и ее огромное гравитационное влияние создает турбулентные и жестокие условия, нагревая газ и отрывая электроны от составляющих его атомов. Это превращает газ в плазму, море безэлектронных атомов или ионов и электронов. Эта плазма образует аккреционный диск, удерживаемый внешним толчком центробежной силы, создаваемой его вращением, и внутренней силой гравитации.
Эта стабильность иногда прерывается, в результате чего материал с диска падает на поверхность черной дыры, но ученые точно не уверены в понимании того, как возникают нестабильности. Это важно для нашего понимания черных дыр, поскольку они не могут расти без аккреции некоторого материала.
Ученые вряд ли могут воссоздать черную дыру, подобную M87, масса которой в 4,5 миллиарда раз превышает массу Солнца. Лучшее, что на данный момент доступно исследователям для изучения окружающей среды этих космических титанов вблизи — это воссоздать плазму, которая вращается вокруг них.

Команда использовала Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) для вращения плазмы и создания точных копий аккреционных дисков. Для этого потребовалось разогнать восемь струй плазмы и столкнуть их, чтобы получилась вращающаяся колонна. Команда обнаружила, что плазма движется быстрее во внутренних областях колонны, что считается важной характеристикой аккреционных дисков.
Несмотря на возможность лучшего моделирования аккреционных дисков, эксперимент является лишь доказательством концепции, главным образом потому, что MAGPIE может генерировать только короткие импульсы плазмы, что ограничивает наблюдения группы не более чем одним полным оборотом диска. Повторение эксперимента с более длинными импульсами плазмы должно позволить команде лучше охарактеризовать аккреционные диски.
Одним из предполагаемых механизмов, вызывающих нестабильность в этих дисках плазмы, являются магнитные поля, вызывающие трение, вызывающее потерю энергии материей, что приводит к ее аккреции к поверхности черных дыр. Более длинные импульсы плазмы в лаборатории также позволят ввести магнитные поля в систему, что позволит исследователям проверить работу этого механизма.
Мы только начали изучать аккреционные диски, и применяем для этого принципиально новые методы, включая текущие эксперименты и снимки черных дыр с помощью телескопа горизонта событий. Это позволит нам проверить наши теории и посмотреть, соответствуют ли они астрономическим наблюдениям
— Валенсуэла-Вильясека.
Исследование команды было опубликовано в научном журнале Physical Review Letters.
- Алексей Павлов
- Центр космических полетов имени Годдарда НАСА
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Меньше трех дней до конца света на орбите: почему программа CRASH Clock бьет тревогу?
Сотрудники Маска уверяют, что у них все под контролем. Но эксперты сравнивают орбиту с карточным домиком. Кто же прав?...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...
Что стоит за таинственными аномалиями в дальневосточной тайге? Продолжаем читать походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть вторая: снежная гроза, феномен моретрясения и встреча со «снежным человеком»...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Темная сторона Рима: выяснилось, что Империя веками «выкачивала» здоровье из покоренных народов
Новые находки заставили ученых признать: для простых людей римский «прогресс» был скорее приговором, чем спасением. Но почему же так вышло?...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Встречи с неведомым: завершаем чтение дневников разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть третья: таинственный огонь в лесу, свет из облаков, призрак в тумане и странный дым на море...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
Спутники 20 лет следили за планетой и нашли «климатические хроноаномалии»
Разгадка тайны оказалась неожиданной даже для ученых...