Các nhà khoa học vừa phát triển một đĩa lỗ đen trong phòng thí nghiệm để hiểu rõ hơn về cách chúng ăn

Các nhà khoa học đã đưa môi trường trực tiếp của lỗ đen xuống Trái đất bằng cách tạo ra một đĩa plasma quay trong phòng thí nghiệm.

Vòng khí quá nóng này bắt chước vật chất quay xung quanh rìa lỗ đen trong cái gọi là “đĩa bồi tụ” dần dần cung cấp vật chất cho lỗ đen.

Thí nghiệm được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn có thể giúp các nhà khoa học trả lời câu hỏi làm thế nào các lỗ đen phát triển bằng cách tiêu thụ vật chất bao quanh chúng.

“Hiểu cách các đĩa bồi tụ hoạt động sẽ không chỉ giúp chúng tôi tiết lộ cách các lỗ đen phát triển mà còn cả cách các đám mây khí sụp đổ để hình thành. ngôi saovà thậm chí làm thế nào chúng ta có thể tạo ra các ngôi sao của riêng mình tốt hơn bằng cách hiểu tính ổn định của plasma trong các thí nghiệm nhiệt hạch,” Vicente Valenzuela Villaseca, tác giả chính của nghiên cứu và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của Đại học Princeton nói trong một tuyên bố.

Có liên quan: Hố đen của vũ trụ (hình ảnh)

Đĩa plasma xung quanh lỗ đen đã bất tử khi Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) chụp được hình ảnh trực tiếp đầu tiên của lỗ đen.

Nổi bật trong bức ảnh lịch sử này là lỗ đen siêu nặng ở trung tâm thiên hà Messier 87 (M87) — và trong một hình ảnh sau của lỗ đen siêu lớn bên trong dải Ngân Hà, Nhân Mã A* (Sgr A*) — là một vòng plasma màu cam phát sáng bao quanh lỗ đen tối ở trung tâm.

Vòng này xuất hiện khi vật chất bị hút vào một lỗ đen và ảnh hưởng hấp dẫn to lớn của nó tạo ra các điều kiện hỗn loạn và dữ dội, làm nóng chất khí và tước các electron ra khỏi các nguyên tử cấu thành của nó. Quá trình này biến chất khí thành plasma, một biển các nguyên tử hoặc ion và điện tử ít điện tử hơn. Plasma này tạo thành một đĩa bồi tụ được giữ ổn định bằng lực đẩy hướng ra ngoài của lực ly tâm được tạo ra bởi chuyển động quay của nó và lực hấp dẫn hướng vào trong.

Sự ổn định này đôi khi bị gián đoạn, khiến vật chất từ ​​đĩa rơi xuống bề mặt của lỗ đen, nhưng các nhà khoa học chắc chắn chính xác về sự bất ổn định phát sinh như thế nào. Điều này rất quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về lỗ đen vì chúng không thể phát triển nếu không có vật chất nào đó được bồi tụ.

Các nhà khoa học khó có thể tái tạo một hố đen như của M87, có khối lượng gấp 4,5 tỷ lần khối lượng mặt trời. Điều đó có nghĩa là điều tốt nhất tiếp theo họ có thể làm để nghiên cứu môi trường của những người khổng lồ vũ trụ này một cách gần gũi và cá nhân là tái tạo plasma bao quanh chúng.

Nhóm đã sử dụng Máy tạo Mega Ampere cho máy Thí nghiệm nổ Plasma (MAGPIE) để quay plasma và tạo ra một bản sao chính xác của các đĩa bồi tụ. Điều này đòi hỏi phải tăng tốc tám tia plasma và va chạm chúng để tạo ra một cột quay. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng plasma di chuyển nhanh hơn ở các vùng bên trong của cột, một thứ được cho là đặc điểm quan trọng của các đĩa bồi tụ.

Mặc dù cho phép mô hình hóa các đĩa bồi tụ tốt hơn, thí nghiệm chỉ là một bằng chứng về khái niệm, chủ yếu là do MAGPIE chỉ có thể tạo ra các xung plasma ngắn, giới hạn các quan sát của nhóm không quá một vòng quay của đĩa. Việc lặp lại thí nghiệm với các xung plasma dài hơn sẽ cho phép nhóm nghiên cứu mô tả các đĩa bồi tụ tốt hơn.

Một trong những cơ chế được đề xuất gây ra sự mất ổn định trong các đĩa plasma này là từ trường làm phát sinh ma sát gây ra sự mất mát năng lượng trong vật chất dẫn đến việc nó tích tụ trên bề mặt của các lỗ đen. Các xung plasma dài hơn trong phòng thí nghiệm cũng sẽ cho phép đưa từ trường vào hệ thống để các nhà nghiên cứu kiểm tra cơ chế này.

“Chúng tôi chỉ mới bắt đầu có thể xem xét các đĩa bồi tụ này theo những cách hoàn toàn mới, bao gồm các thí nghiệm và ảnh chụp nhanh về lỗ đen của chúng tôi với Kính viễn vọng chân trời sự kiện“, Valenzuela-Villaseca nói. “Những điều này sẽ cho phép chúng tôi kiểm tra các lý thuyết của mình và xem liệu chúng có khớp với các quan sát thiên văn hay không.”

Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí Thư đánh giá vật lý.

theo dõi chúng tối trên Twitter @Spacedotcom hoặc trên Facebook.