В ЦЕРНе воссоздали джет чёрной дыры
Ученые еще на шаг приблизились к разгадке того, как формируются чудовищные струи излучения, бьющие из полюсов сверхмассивных черных дыр. Это стало возможным благодаря эксперименту, в рамках которого направленные пучки фотонов были использованы для демонстрации взаимодействия раскалённой плазмы и магнитных полей.
Гигантские выбросы энергии из ближайших окрестностей черных дыр, именуемые джетами, с момента своего обнаружения не дают покоя ученым. Они образуются, когда сверхмассивный гигант «откусывает» больше материи, чем в состоянии «проглотить». Тогда, прямо перед горизонтом событий, часть этой материи (превратившейся в плазму), выбрасывается мощным магнитным полем черной дыры со скоростью, близкой к световой. Загадкой остается то, что происходит в той самой точке у основания струи, с которой выброс начинается.
Первой подошла к ее разрешению экспериментальным методом международная команда физиков ЦЕРНа (в ее составе есть и наши соотечественники), которая впервые в истории смоделировала джет в лабораторных условиях. Теперь ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы готовы добавить сюда собственные выкладки: им удалось разработать особый способ измерения параметров плазмы, под названием «протонная рентгенография».
Эксперимент выглядел следующим образом: интенсивный лазерный луч (мощностью 20 джоулей) был направлен на специальную пластмассовую мишень, после чего еще более мощные лазеры были направлены на герметичную капсулу. В ней содержались дейтерий и гелий-3, а целью ученых было запустить в ней реакцию ядерного синтеза.
Это удалось: изотопы гелия и водорода начали реагировать, что мгновенно создало выброс протонов и рентгеновского излучения. Они были перенаправлены на специальную никелевую сетку, пронизанную наноотверстиями. Этот микродуршлаг должен был заставить протоны разделиться на множество дискретных пучков, которые затем последуют за линиями магнитного поля. Рентгеновское же излучение, не подверженное магнитным влиянием, служило своеобразной «линейкой», помогая измерить отклонение плазмы.
Благодаря такой сложной, но элегантной схеме ученые могли непосредственно наблюдать взаимное влияние плазмы и магнитного поля, напомнившее им перетягивание каната. Глядя на то, как магнитное поле изгибается под давлением расширяющегося потока заряженных частиц, ученые заметили, как по мере уменьшения энергии плазмы силовые линии магнитного поля постепенно вернулись в исходное положение.
В этот момент плазма сжалась в прямой и узкий луч, практически не отличающейся от движущегося с релятивистской скоростью джета квазара. Таким образом, физики могли впервые непосредственно изучить сам момент появления струи, возникающей в точке взаимодействия сверхвысоких температур, гравитации и магнитных полей. Другими словами, в зарождении джетов нет ничего невозможного или невероятного, а полученные наблюдения помогут значительно уточнить существующие модели грандиозных космических квантовых процессов.
