Materia opadająca w kierunku czarnej dziury tworzy tzw. dysk akrecyjny, w którym pod wpływem tarcia materia zamienia się w rozgrzaną plazmę, która emituje olbrzymie ilości promieniowania w przestrzeń kosmiczną. To właśnie ten proces odpowiada za istnienie kwazarów, czyli obiektów widzianych dosłownie z drugiego końca wszechświata. Kiedy czarna dziura nie nadąża z pochłanianiem materii, część opadającej na nią plazmy pod wpływem oddziaływania pola magnetycznego czarnej dziury transportowana jest ku jej biegunom, skąd wystrzeliwana jest z prędkością bliską prędkości światła w postaci wąskiego dżetu materii, który potrafi ciągnąć się na tysiące lat świetlnych od czarnej dziury. Naukowcy od dawna badają owe dżety, jednak wciąż niewiele wiadomo o procesach zachodzących u samej podstawy dżetu.
Zespół naukowców poinformował właśnie, że udało mu się odtworzyć strumienie cząstek przypominające dżety wystrzeliwane przez aktywne czarne dziury. Do odkrycia doszło w ramach eksperymentu, w którym naukowcy analizowali interakcje, do których dochodzi między strumieniami protonów a polem magnetycznym.
Czytaj także: Ostrza plazmy mogą przecinać gwiazdy na pół. To wcale nie science-fiction
Badacze z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton (PPPL) odtworzyli warunki, które mogą panować u podstawy kwazaru emitującego dżet, wykorzystując do tego nowatorską technikę pomiaru plazmy zwaną radiografią protonową.
Sam eksperyment jest dość skomplikowany. Naukowcy najpierw wytworzyli plazmę, emitując wiązkę laserową w kierunku celu z tworzywa sztucznego. Następnie przy użyciu silnych laserów doprowadzili do reakcji fuzji jądrowej w kapsule zawierającej deuter i hel-3. Owa reakcja z kolei doprowadziła do uwolnienia protonów i promieni rentgenowskich, które następnie przeszły przez specjalnie do tego zaprojektowaną niklową siatkę. Otwory w siatce przepuszczały jedynie dyskretne strumienie protonów, które poruszały się wzdłuż linii zaburzanego przez plazmę pola magnetycznego. Promienie rentgenowskie stanowiły w tym eksperymencie obiektywne tło, bowiem przechodziły one zarówno przez sito, jak i przez pole magnetyczne bez żadnych zakłóceń.
Czytaj także: Kosmiczne soczewki przybliżają czarną dziurę na krańcach Wszechświata. Przewidział to Einstein, metodę opracowała Polka
Zatem za pomocą protonów ukazujących odkształcanie się pola magnetycznego, naukowcy mogli obserwować wpływ plazmy na pole magnetyczne. W ten sposób udało się ustalić, że początkowo pole magnetyczne odkształca się pod wpływem rosnącego ciśnienia niejednorodnej plazmy przyjmując pod wpływem niestabilności MRT (magneto-Rayleigh-Taylora) wygląd wirów i kapeluszy.
Wraz ze spadkiem energii plazmy, linie pola magnetycznego wracają na miejsce i umożliwiają plazmie wyrwanie się z pola magnetycznego w postaci prostej, wąskiej, skolimowanej wiązki materii. Owa wiązka wygląda dokładnie tak jak relatywistyczne dżety emitowane z otoczenia aktywnych czarnych dziur.
Wyniki eksperymentu wskazują zatem, że w otoczeniu aktywnej czarnej dziury, w jej dysku akrecyjnym ciśnienie może wzrosnąć na tyle, że plazma zaczyna naciskać linie pola magnetycznego na tyle, że ulegają one zerwaniu i uwalniają strumienie plazmy w przestrzeń kosmiczną. To może być kluczowa informacja dla naukowców, którzy zajmują się analizą zachowania aktywnych czarnych dziur. Można się zatem spodziewać, że uwzględnienie nowej wiedzy w modelach i symulacjach zachowania relatywistycznych dżetów wkrótce przyniesie nam nową o nich wiedzę.