Команда фізиків закрутила потік плазми в лабораторії так, як навколо чорних дір закручується газ і пил внаслідок акреції ними речовини. Аналог акреційного диска вдалося утворити у зіткненні восьми струменів плазми, що дало можливість уникнути використання обмежувальних конструкцій для плазми, що раніше було необхідним у подібних експериментах. Дослідження допоможе у вивченні властивостей плазми зокрема в астрофізичних явищах, пишуть вчені у статті, опублікованій у Physical Review Letters.
Аналог акреційного диску, який фізики отримали з плазми (в центрі). V. Valenzuela-Villaseca et al. / Physical Review Letters, 2023
Що створили фізики?
Акреційним диском чорної діри називають кільце речовини, яке внаслідок падіння на неї (у процесі акреції) набуває значної швидкості обертання та переживає нагрівання, що може приводити до випромінення значної кількості енергії, наприклад, у вигляді рентгенівського випромінювання. Такі акреційні диски можуть спостерігатись навколо різних об'єктів, як-от нейтронні зорі, активні ядра галактик і чорні діри.
Втім, поведінку речовини в акреційному диску досі повноцінно описати не вдавалося, зокрема тому, що в лабораторії складно відтворити умови, подібні до тих, які переживає речовина поблизу таких масивних об'єктів, як чорна діра.
Вчені відтворювали акреційні диски в експериментах з рідким металом та плазмою, але досі вони вимагали резервуарів, де матеріал міг обертатися і закручуватися у диск. У новому експерименті вченим з Імперського коледжу Лондона з американськими колегами, вдалося уникнути цієї умови та закрутити у кільце плазму завдяки геометрії потоків, а не їхнім обмеженням додатковими стінками.
Як створити акреційний диск в лабораторії?
Для свого експерименту фізики зібрали восьмикутну установку, де розмістили вісім джерел плазми, потоки яких під впливом магнітного поля спрямовувалися з деяким відхиленням від центру. Аналог акреційного диска діаметром у шість міліметрів утворився у місці зіткнення струменів плазми.
Схематичне зображення експериментальної установки (b) та напрямку утворених потоків плазми, що утворили аналог акреційного диска. V. Valenzuela-Villaseca et al. / Physical Review Letters, 2023
Кільце існувало всього 210 наносекунд, однак фізики встигли постежити за його формуванням в оптичному та екстремальному ультрафіолетовому діапазоні. Так вчені побачили, що протягом свого розвитку кільце лишається стабільним, як передбачають теоретичні розрахунки. У майбутніх експериментах дослідники планують подовжити час існування лабораторного акреційного диска, щоб дослідити вплив на нього магнітних полів.
Окрім акреційних дисків, чорні діри можуть також формувати джети — потужні струмені плазми, які вириваються за межі акреційного диска. Нещодавно астрономам вперше вдалося сфотографувати такий джет, який утворила надмасивна чорна діра з галактики М87.