پلاسمای آتشین سیاه‌چاله‌ها در آزمایشگاه‌ زمینی بازآفرینی شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازنیواطلس، اگرچه سیاه‌چاله‌ها به بلعیدن هر چیزی که خیلی نزدیکشان باشد حتی نور، معروفند، اما پرخور‌های آشفته و نابسامانی هستند. فیزیک شدیدی که در نزدیکی آنها جریان دارد، مواد را به همه جا پرتاب و در برخی موارد به شکل فواره‌هایی از ماده با سرعتی تقریبا نزدیک سرعت نور، متمرکز می‌کند.

تصور می‌شود این جت‌های نسبیتی -اینطور نامگذاری شده اند- حاوی پلاسمایی ساخته شده از الکترون و معادل پادماده آنها یعنی پوزیترون‌ها هستند. اما بررسی چگونگی ساخت این مواد و تاثیرات آنها از مشاهدات نجومی و شبیه سازی‌های رایانه‌ای دشوار است.

از این رو، دانشمندان سرن تصمیم گرفتند نسخه‌های خود را در آزمایشگاه بسازند. این گروه با استفاده از تأسیسات پرتو- بالا به ماده (HiRadMat)، ۳۰۰ میلیارد پروتون را از سوپر پروتون سینکروترون گرفته و آنها را بر روی اهداف ساخته شده از گرافیت و تانتالوم منفجر کرد. این امر باعث ایجاد آبشاری از برهمکنش‌های ذرات می‌شود که جفت‌های الکترون - پوزیترون کافی برای حفظ حالت پلاسمایی پایدار تولید می‌کند.

ابتدا، پروتون‌ها با انرژی کافی برای از بین بردن ذرات بنیادی درون هسته‌های کربن به گرافیت برخورد می‌کنند. در این میان پیون‌های خنثی به سرعت به پرتو‌های گامای پر انرژی تبدیل می‌شوند. سپس این پرتو‌های گاما با میدان الکتریکی تانتالیوم برهمکنش کرده که به نوبه خود جفت الکترون و پوزیترون تولید می‌کنند. ۱۰ تریلیون جفت الکترون - پوزیترون خیره کننده در این آزمایش تولید شد که برای آغاز رفتاری مانند یک پلاسمای اخترفیزیکی واقعی، کافی بود.

«جیان لوکا گرگوری» «Gianluca Gregori» یکی از مجریان این پژوهش گفت: ایده اصلی این آزمایش‌ها بازآفرینی میکروفیزیک پدیده‌های اخترفیزیکی مانند جت‌های سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی در آزمایشگاه است. آنچه ما در مورد این پدیده‌ها می‌دانیم تقریبا فقط از مشاهدات نجومی و شبیه سازی‌های رایانه‌ای به دست آمده و این در حالی است که تلسکوپ‌ها واقعا نمی‌توانند میکروفیزیک را بررسی کنند و شبیه سازی‌ها تقریبی هستند. آزمایش‌های آزمایشگاهی مانند این، پلی بین این دو رویکرد تلقی می‌شود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Communications منتشر شده است.