Sådan får du et brag som et sort hul

Forskere fra Institute of Laser Engineering ved Osaka University har med succes brugt korte, men ekstremt kraftige lasersprængninger til at generere magnetfeltgenopkobling inde i et plasma. Dette arbejde kan føre til en mere komplet teori om røntgenstråling fra astronomiske objekter som sorte huller.

Ud over at blive udsat for ekstreme tyngdekræfter, stof, der fortæres af et sort hul, kan også blive ramt af intens varme og magnetiske felter. Plasma, en fjerde tilstand af stof varmere end faste stoffer, væsker, eller gasser, er lavet af elektrisk ladede protoner og elektroner, der har for meget energi til at danne neutrale atomer. I stedet, de hopper febrilsk som reaktion på magnetiske felter. Inden i et plasma, magnetisk genforbindelse er en proces, hvor snoede magnetfeltlinjer pludselig "snapper" og ophæver hinanden, hvilket resulterer i den hurtige omdannelse af magnetisk energi til partikelkinetisk energi. I stjerner, inklusive vores sol, genforbindelse er ansvarlig for meget af den koronale aktivitet, såsom soludbrud. På grund af den stærke acceleration, de ladede partikler i det sorte huls accretion-skive udsender deres eget lys, normalt i røntgenområdet af spektret.

For bedre at forstå den proces, der giver anledning til de observerede røntgenstråler, der kommer fra sorte huller, forskere ved Osaka University brugte intense laserimpulser til at skabe lignende ekstreme forhold på laboratoriet. "Vi var i stand til at studere højenergiaccelerationen af ​​elektroner og protoner som et resultat af relativistisk magnetisk genforbindelse, " siger seniorforfatter Shinsuke Fujioka. "F.eks. oprindelsen af ​​emission fra det berømte sorte hul Cygnus X-1, kan bedre forstås."

Dette niveau af lysintensitet er ikke let at opnå, imidlertid. Et kort øjeblik, laseren krævede to petawatt strøm, svarende til tusind gange elforbruget af hele kloden. Med LFEX laser, holdet var i stand til at opnå topmagnetiske felter med en forbløffende 2, 000 telsas. Til sammenligning, de magnetiske felter, der genereres af en MR-maskine til at producere diagnostiske billeder, er typisk omkring 3 teslaer, og Jordens magnetfelt er sølle 0,00005 teslaer. Plasmaets partikler bliver accelereret i en så ekstrem grad, at relativistiske effekter skulle overvejes.

"Tidligere relativistisk magnetisk genforbindelse kunne kun studeres via numerisk simulering på en supercomputer. Nu, det er en eksperimentel realitet i et laboratorium med kraftige lasere, " siger førsteforfatter King Fai Farley Law. Forskerne mener, at dette projekt vil hjælpe med at belyse de astrofysiske processer, der kan ske steder i universet, der indeholder ekstreme magnetfelter.