In einer Pressemitteilung des CERN wurde kürzlich bekannt gegeben, dass die PhysikerPhysiker und Ingenieuren der Fireball-Kollaboration war es gelungen, auf der Erde das Plasma zu reproduzieren, das aus Jets geladener Teilchen gebildet wurde, die von Kerr-Schwarzen Löchern erzeugt wurden, die hinter den aktiven Kernen von Galaxien rotierten. Dabei handelte es sich nicht um Jets, die von Mini-Schwarzen Löchern erzeugt wurden, die gerade erst durch Protonenkollisionen am LHC synthetisiert wurden, wie wir es vor fast 20 Jahren zu erzeugen gehofft hatten. Es ging darum, einige der Prozesse um das herum nachzuahmen supermassive schwarze Löchersupermassive schwarze Löcheroder nicht, Materie ansammeln und den Ursprung der seit langem beobachteten Jets bilden AstrophysikerAstrophysikerwie die der GalaxisGalaxis Centaurus A (auch genannt NGCNGC 5128 und Caldwell 77), a linsenförmige Galaxielinsenförmige Galaxie liegt in den KonstellationKonstellation des Zentauren, oder sogar Messier 87Messier 87.
Fireball-Mitglieder erzeugten und untersuchten diese Jets, von denen man annimmt, dass sie daraus bestehenElektronenElektronen und ihre AntiteilchenAntiteilchenDER PositronenPositronenmithilfe der HiRadMat-Anlage des Cern, die Hochgeschwindigkeits-Protonenstrahlen verwendet EnergieEnergie zu diesem Zweck vom Super Proton Synchrotron beschleunigt.
HiRadMat (Hohe Strahlung auf Materialien) ist eine bedeutende europäische Einrichtung für Materialprüfungen, die vor zehn Jahren gegründet wurde. Es kann hochintensive gepulste Strahlen mit hohem Impuls an eine Bestrahlungszone liefern, wo Beschleunigerkomponenten, Hochleistungstargets und verschiedene andere Materialproben getestet werden können. Um eine einigermaßen genaue französische Übersetzung zu erhalten, klicken Sie auf das weiße Rechteck unten rechts. Anschließend sollten englische Untertitel erscheinen. Klicken Sie dann auf die Nuss rechts neben dem Rechteck, dann auf „Untertitel“ und schließlich auf „Automatisch übersetzen“. Wählen Sie „Französisch“. © INFN Multimedia Group, Cern (Text)
Durch Quantenelektrodynamik vorhergesagte Teilchenproduktion
Genauer gesagt machten sich der Physiker Charles Arrowsmith und seine Kollegen einen Prozess zunutze, der bereits 1934 von Hans Bethe und Walter Heitler theoretisch beschrieben wurde. Im vorliegenden Fall zeigen ähnliche Berechnungen im Rahmen der Quantenelektrodynamik à la Feynman, dass durch das Vorbeigehen an Kernen in einem Target in GraphitGraphit und in TantalTantalHochenergetische Protonen werden durch das Feld abgebremst elektrostatischelektrostatisch dieser Kerne und emittieren somit PhotonenPhotonen Gamma.
Dank des Vorhandenseins dieses Feldes werden die ausreichend energiereichen Gammaphotonen anschließend in Elektronen- und Positronenpaare umgewandelt. Solche Prozesse treten nicht nur bei der Ansammlung von Materie durch Schwarze Löcher auf, sondern auch bei Pulsaren oder anderen kosmische Strahlungkosmische Strahlung kollidiert mit den Kernen des Hochs AtmosphäreAtmosphäre auf der Erde, was zu einer Kaskade ähnlicher iterativer Prozesse führte und letztendlich zu Schauern von Sekundärteilchen auf dem Boden führte (Oppenheimer trug zur Beschreibung der Entstehung dieser Schauer bei).
In der Pressemitteilung des Cern zu einer Veröffentlichung in Naturkommunikation eines Artikels, der im Open Access zu finden ist arXiv, Charles Arrowsmith erklärt, dass das Interesse des von Fireball durchgeführten Experiments darin besteht, dass „ Es wird angenommen, dass Elektron-Positron-Plasmen eine grundlegende Rolle bei Jets spielen AstrophysikAstrophysikaber die ComputersimulationenComputersimulationen dieser Plasmen und dieser Jets wurden nie im Labor getestet. Zur Validierung der Simulationen sind Laborexperimente unerlässlich, da bestimmte Vereinfachungen der Berechnungen, die sinnvoll erscheinen, die Schlussfolgerungen erheblich verändern können. ».
Wussten Sie ?
Denken Sie daran, dass es der amerikanische Astronom Heber Curtis war, der 1918 erstmals eine merkwürdige längliche Struktur auf einem Foto der Galaxie Messier 87 bemerkte, das mit dem Teleskop des Lick-Observatoriums aufgenommen wurde. Er konnte zu diesem Zeitpunkt noch nicht wissen, dass er sich in der Nähe eines Materialstrahls befand, der sich mindestens 5.000 Lichtjahre vom Schwarzen Loch M87* entfernt erstreckte und in seinem Kern 6,5 Milliarden Sonnenmassen von M87 enthielt, einer elliptischen Galaxie, die 55 Meter entfernt liegt Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt.
Bereits 1964 hatten die großen russischen Astrophysiker Yakov Zel’dovich und Igor Novikov unabhängig voneinander und gleichzeitig mit ihrem Kollegen Edwin Salpeter in den Vereinigten Staaten (Direktor der Dissertation von Hubert Reeves) vorgeschlagen, dass Quasare und allgemeiner die Kerne aktiver Galaxien seien oder supermassereiche Schwarze Löcher, die Materie ansammeln; 1971 schlugen Donald Lynden-Bell und Martin Rees sogar eine solche im Herzen der Milchstraße vor. Wir haben allen Grund zu der Annahme, dass dies tatsächlich der Fall ist, insbesondere seit den Entdeckungen der Mitglieder der Kollaboration Event Horizon-Teleskop das mit einem erdgroßen Netzwerk von Radioteleskopen Bilder produzierte, die den Schatten des Ereignishorizonts der rotierenden Schwarzen Löcher M87* und Sgr A* zeigten.
Im Fall von M87* nutzen wir es als Labor, um unsere Ideen zu rotierenden Kerr-Schwarzen Löchern, den Akkretionsscheiben, mit denen sie sich umgeben, und den elektrodynamischen und magnetohydrodynamischen Phänomenen von Plasmen am Ursprung der Emission relativistischer Jets zu testen Partikel im Besonderen. Dies sind Schlüssel zum Verständnis von Quasaren und ihrer Rolle bei der Entwicklung von Galaxien.
Sein Kollege Gianluca Gregori, Co-Autor des Artikels, fügt hinzu: „ Das Hauptziel dieser Experimente besteht darin, die Mikrophysik astrophysikalischer Phänomene wie Jets, die von Schwarzen Löchern emittiert werden, im Labor zu reproduzieren NeutronensterneNeutronensterne. Unser Wissen über diese Phänomene stammt fast ausschließlich aus astronomischen Beobachtungen und Computersimulationen; nur der TeleskopeTeleskope kann das nicht wirklich untersuchen KörperbauKörperbau auf mikroskopischer Skala und Simulationen basieren auf Näherungen. Laborexperimente wie dieses helfen dabei, die beiden Methoden zu verbinden ».
Die Pressemitteilung des Cern endet mit den Erklärungen von Alice Goillot, verantwortlich für den Betrieb der Anlage: „ Fireball-Erlebnisse sind eine der neuesten Ergänzungen zum Erlebnisangebot von HiRadMat. Wir freuen uns darauf, diese seltenen Phänomene dank der einzigartigen Eigenschaften des Cern-Beschleunigerkomplexes weiterhin zu reproduzieren ».
Für diejenigen, die mehr über Hole Jets erfahren möchten, hier eine Wiederholung einiger Erklärungen, die Futura bereits in einem früheren Artikel gegeben hat.
Ein Schwarzes Loch verwandelte sich in einen magnetischen Dynamo
Was die Theorie betrifft, die heute größtenteils zur Erklärung der Bildung von Jets Schwarzer Löcher akzeptiert wird, so wurde sie 1977 von zwei jungen relativistischen Astrophysikern, damals an der Universität Cambridge, Roger Blandford und Roman Znajek, entdeckt. Roger Penrose hatte bereits Ende der 1960er Jahre gezeigt, dass es möglich ist, Energie zu gewinnen, indem man die Rotation eines Schwarzen Lochs verlangsamt und somit seine kinetische Rotationsenergie nutzt. Anschließend konstruierten die beiden Forscher ein Szenario, das ausgefeilter war als das von Penrose, aber auf der gleichen Idee basierte.
Roger Blandford spricht in diesem Video mit uns über supermassereiche Schwarze Löcher und ihre Jets. Um eine einigermaßen genaue französische Übersetzung zu erhalten, klicken Sie auf das weiße Rechteck unten rechts. Anschließend sollten englische Untertitel erscheinen. Klicken Sie dann auf die Nuss rechts neben dem Rechteck, dann auf „Untertitel“ und schließlich auf „Automatisch übersetzen“. Wählen Sie „Französisch“. © Quanta Magazin
Es ist dieser Prozess – genannt Blandford-Znajek – der notwendig sein wird, um nicht nur das zu erklären HelligkeitHelligkeit des QuasareQuasare Aber die Existenz von Jets aus Materie ist oft damit verbunden und kann beispielsweise nachgewiesen werden, wenn sie an den Enden dieser Jets zwei Radioquellen erzeugen, wenn sie mit dem intergalaktischen Medium kollidieren.
Bis vor Kurzem wurde es weitgehend nur durch Simulationen unterstützt DigitalDigital und analytische Berechnungen. Aber wie in einem langen Artikel von veröffentlicht Quanta Magazinder berühmten und renommierten digitalen Zeitschrift der Simons Foundation, die die neuesten Entwicklungen in Physik, Mathematik, Biologie und Informatik abdeckt, wird diese Situation durch die Beobachtungen der Simons Foundation revolutioniertEvent Horizon-Teleskop mit M87*M87*.
Das Instrument lieferte Bilder und Messungen, insbesondere auf der Polarisationsebene des LichtLicht ausgestellt von AkkretionsscheibeAkkretionsscheibe um das supermassereiche Schwarze Loch, die mit den Vorhersagen des Blandford-Znajek-Prozesses übereinstimmen, genauer gesagt mit einem der beiden Hauptakkretionsszenarien, die am untersucht wurdenComputerComputer für eine Weile. Überraschenderweise ist es nicht diejenige, die heute von den EHT-Daten als die glaubwürdigste getestet und favorisiert wird.
Mal sehen, worum es geht. Wenn Materie eine Akkretionsscheibe bildet, bewegt sie sich spiralförmig auf den Attraktorkörper zu und rotiert umso schneller, je näher sie kommt. Es hat zunächst die Form eines GasGasaber dieses Gas ist viskos, was bedeutet, dass es aufgrund der Unterschiede in vitessevitesse Zwischen zwei konzentrischen Materialringen in der Scheibe entstehen Reibungskräfte, die das Gas erhitzen.
Die Materiescheibe um ein Schwarzes Loch wird daher ionisieren, elektrische Strömeelektrische Ströme Und MagnetfelderMagnetfelder wird im gebildeten Plasma geboren. Es gibt eine ganze Theorie dieser Phänomene FreizeitFreizeit Kurve. Blandford und Znajek beschrieben damit, was aufgrund der Eigenschaften von Kerrs Raumzeitmetrik geschah, wie die Experten in ihrem Fachjargon sagen.
Um den sphärischen Horizont des Schwarzen Lochs herum existiert dann eine Zone in Form eines Rotationsellipsoids, die Ergosphäre genannt wird. Ein radial frei fallender Körper wird beim Eintritt in diesen Bereich gezwungen, eine zusätzliche Rotationskomponente aufzuweisen. Das gilt auch für die von der Scheibe erzeugten magnetischen Feldlinien, so dass letztlich alles so abläuft, als ob wir eine hätten MagnetMagnet in Rotation und das Äquivalent von a DynamoDynamo Potenzialunterschiede erzeugen.
Daraus ergeben sich zwei wesentliche Konsequenzen. Erstens werden diese Unterschiede geladene Teilchen fast auf beschleunigen LichtgeschwindigkeitLichtgeschwindigkeit Und schließlich wird die Rotation des Schwarzen Lochs die magnetischen Feldlinien verdrehen und einige werden eine Art verdrehtes Rohr bilden, das der Rotationsachse des Schwarzen Lochs folgt und entlang dem die geladenen Teilchen aufsteigen. Offensichtlich handelt es sich dabei um die Jets supermassereicher Schwarzer Löcher. Diese Teilchen beginnen dann intensiv zu strahlen, wodurch Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen, die ihrerseits beschleunigt werden und wiederum strahlen, entsprechend dem Bethe-Heitler-Prozess usw .
