Süper bilgisayar simülasyonundan bir görselleştirme, pozitronların dönen bir kara deliğin olay ufkuna nasıl davrandığını gösterir.
(Resim: © Kyle Parfrey ve diğerleri / Berkeley Lab)
Bir kara deliğin yerçekimi çekişi o kadar güçlü ki, ışık bile değil, hiçbir şey çok yaklaştığında kaçamaz. Bununla birlikte, bir kara delikten kaçmanın bir yolu vardır - ancak yalnızca atomaltı bir parçacıksanız.
Kara delikler çevrelerindeki maddeyi giderirken, elektronların ve pozitronların bulunduğu elektronların antimadde eşdeğeri olan güçlü sıcak plazma jetleri de tükürürler. Bu şanslı gelen parçacıklar olay ufkuna veya geri dönüşü olmayan noktaya ulaşmadan hemen önce hızlanmaya başlarlar. Işık hızına yaklaştıkça, bu parçacıklar olay ufkundan seker ve kara deliğin dönme ekseni boyunca dışarı fırlar.
Göreli jetler olarak bilinen bu muazzam ve güçlü parçacık akışları, teleskoplarla görebildiğimiz ışık yayar. Gökbilimciler jetleri onlarca yıldır gözlemlemelerine rağmen, kimse kaçan parçacıkların tüm bu enerjiyi nasıl elde ettiğini tam olarak bilmiyor. Yeni bir çalışmada, Kaliforniya'daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (LBNL) ile araştırmacılar bu sürece yeni bir ışık tuttu. [Evrendeki En Tuhaf Kara Delikler]
"Bir kara deliğin dönüşündeki enerji, jetler yapmak için nasıl çıkarılabilir?" Berkeley Laboratuarı'nda doktora sonrası araştırmacı olarak kara delik simülasyonlarını yöneten Kyle Parfrey yaptığı açıklamada şunları söyledi: "Bu uzun zamandır bir soruydu." Parfrey şimdi NASA'nın Maryland'deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde kıdemli bir akademisyen.
Bu soruyu cevaplamaya çalışmak için Parfrey ve ekibi, kara deliklerin güçlü yerçekimi alanlarından enerji çalmalarına izin veren plazma jetlerindeki sürüş mekanizmaları hakkında yeni bilgiler sağlamak için onlarca yıllık teorileri birleştiren bir dizi süper bilgisayar simülasyonu tasarladılar. LBNL yetkilileri yaptığı açıklamada, ağzı açık ağızlarından uzağa itmek "dedi. Başka bir deyişle, bir kara deliğin aşırı yerçekimi kuvvetinin, parçacıklara nasıl yayılmaya başlayacak kadar çok enerji verebileceğini araştırdılar.
"Simülasyonlar, ilk kez, bir karadelik etrafındaki elektrik akımlarının manyetik alanları nasıl jetler haline getirdiğini açıklayan bir teoriyi birleştiriyor, ayrı bir teori, karadeliğin geri dönüşü olmayan noktadan nasıl geçtiğini açıklıyor - olay ufku - LBNL yetkilileri, negatif enerjiyi taşımak ve kara deliğin toplam dönme enerjisini düşürmek için uzak bir gözlemciye benziyor "dedi. "Bu, kaloriyi kazanmak yerine kaybetmenize neden olan bir atıştırmalık yemek gibi. Kara delik aslında bu" negatif enerji "parçacıklarında kayma sonucu kütle kaybediyor."
Parfrey, iki teoriyi sıradan plazma fiziğini Einstein'ın genel görelilik teorisi ile birleştirmek amacıyla birleştirdiğini söyledi. Simülasyonlar sadece parçacıkların hızlanmasını ve göreli jetlerden gelen ışığı değil, aynı zamanda pozitronların ve elektronların ilk başta nasıl yaratıldığını da hesaba katmak zorundaydı: yüksek enerjili fotonların çarpışması yoluyla, Gama ışınları gibi. Çift üretimi olarak adlandırılan bu süreç ışığı maddeye dönüştürebilir.
Columbia Üniversitesi'nin Teorik Astrofizik Merkezi araştırmasına katılan bir araştırma bilimcisi olan Robert Penna, "Yeni simülasyonların sonuçları, eski ... simülasyonlardan radikal olarak farklı değil, ki bu bir anlamda güven verici" dedi. , Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde ilgili bir "Bakış Açıları" makalesinde yazmıştır.
"Bununla birlikte, Parfrey ve arkadaşları bazı ilginç ve yeni davranışlar ortaya çıkarıyorlar," dedi Penna. "Örneğin, kara delikten uzak bir gözlemci tarafından ölçüldüğü üzere, göreceli enerjileri negatif olan büyük bir parçacık popülasyonu buluyorlar. Bu parçacıklar kara deliğe düştüğünde kara deliğin toplam enerjisi azalıyor."
Yine de bir sürpriz vardı. Parfrey'in simülasyonları, kara deliğe akan bu negatif enerji parçacıklarının o kadar çok olduğunu gösteriyor: "deliğe düşerek elde ettikleri enerji, manyetik alanın sarılmasıyla çıkarılan enerjiyle karşılaştırılabilir" dedi. Diyerek şöyle devam etti: "Bu tahmini doğrulamak için takip çalışması gerekiyor, ancak negatif enerji parçacıklarının etkisi iddia edildiği kadar güçlü ise, kara delikli jetlerden radyasyon spektrumları için beklentileri değiştirebilir."
Parfrey ve ekibi, simülasyonları, bir karadeliğin ilk fotoğraflarını çekmeyi amaçlayan yeni Event Horizon Telescope gibi gözlemevlerinden gözlemsel kanıtlarla karşılaştırarak modellerini daha da geliştirmeyi planlıyor. LBNL yetkilileri, "Ayrıca, simülasyonların kapsamını, kara deliğin birikme akışı olarak bilinen ve birikme akışı olarak bilinen madde akışını içerecek şekilde genişletmeyi planlıyorlar."
Parfrey, "Tüm sorunun daha tutarlı bir resmini sunmayı umuyoruz." Dedi.
Çalışma 23 Ocak Çarşamba günü Fiziksel İnceleme Mektupları'nda yayınlandı.
