دانشمندان موفق شدند در آزمایشگاه جت‌های سیاه‌چاله‌ای پدید بیاورند

تصور کنید در مرکز یک کوازار، سیاه‌چاله‌ای با جرمی صدها میلیون یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید قرار دارد. این سیاه‌چاله ماده‌ای را که از یک دیسک مارپیچی و فوق‌العاده داغ به درون آن کشیده می‌شود، به شدت می‌بلعد.

به گزارش ایتنا و به نقل از لایوساینس، این مادهٔ باردار، که به آن پلاسما می‌گویند، از اتم‌های یونیزه‌شده تشکیل شده و به دلیل گرانش عظیم سیاه‌چاله به سوی آن کشیده می‌شود. اما همهٔ این پلاسما توسط سیاه‌چاله بلعیده نمی‌شود؛ بلکه بخشی از آن، پیش از رسیدن به افق رویداد (مرزی که از آن به بعد هیچ چیز نمی‌تواند از سیاه‌چاله فرار کند)، توسط میدان مغناطیسی قدرتمند سیاه‌چاله به بیرون پرتاب می‌شود و به صورت جت‌های قدرتمند به فضای بیرونی هدایت می‌شود.

 

این جت‌ها می‌توانند هزاران سال نوری در فضا امتداد پیدا کنند. اما توضیح چگونگی تشکیل این جت‌ها در پایه‌ی سیاه‌چاله، چالشی بود که دانشمندان برای مدت‌ها با آن روبرو بودند.

 

پاسخ این معما ممکن است از آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) در نیوجرسی آمده باشد. محققان در این آزمایشگاه توانستند با تغییراتی در تکنیک‌های اندازه‌گیری پلاسما به نام «پروتون رادیوگرافی»، به مشاهداتی جدید دست یابند.

 

در این آزمایش، ابتدا پژوهشگران یک پلاسما با چگالی بالا را با شلیک یک پرتو لیزر ۲۰ ژولی به یک هدف پلاستیکی ایجاد کردند. سپس از لیزرهای قوی برای ایجاد واکنش همجوشی هسته‌ای در یک کپسول سوخت حاوی دوتریوم و هلیوم-۳ استفاده کردند. این واکنش‌ها پروتون‌ها و اشعه‌های ایکس آزاد کردند.

 

این پروتون‌ها و اشعه‌های ایکس از میان یک شبکه نیکل با سوراخ‌های ریز عبور کردند. می‌توان این شبکه را مانند یک آبکش تصور کرد که پروتون‌ها را به پرتوهای جداگانه‌ای تقسیم می‌کند.

این پرتوها سپس می‌توانند نحوه تعامل پلاسما با یک میدان مغناطیسی پس‌زمینه را اندازه‌گیری کنند. از آنجا که پروتون‌ها باردار هستند، در طول مسیر خود از خطوط میدان مغناطیسی پیروی می‌کنند. پرتوهای ایکس به عنوان مرجع عمل می‌کنند و تصویری بدون تحریف از پلاسما به ما می‌دهند تا با اندازه‌گیری‌های پروتون مقایسه شود. 

 

ویل فاکس (محقق اصلی این آزمایش) گفت: «آزمایش ما منحصر به فرد بود زیرا ما توانستیم مستقیماً تغییرات میدان مغناطیسی را در طول زمان مشاهده کنیم. ما به طور مستقیم مشاهده کردیم که چگونه میدان مغناطیسی تحت فشار پلاسما به بیرون خم می‌شود و چگونه پلاسما با میدان درگیر می‌شود».

این پدیده که باعث ایجاد شکل‌هایی شبیه به گرداب و قارچ در میدان مغناطیسی می‌شود، به نام «ناپایداری مگنتو-ریلی تیلور» شناخته می‌شود. مهم‌تر از همه، زمانی که انرژی پلاسما کاهش می‌یافت، خطوط میدان مغناطیسی دوباره به هم می‌پیوندند و پلاسما را به یک ستون باریک فشرده می‌کردند، مشابه جت‌های نسبیتی کوازار.

 

سوفیا مالکو (از محققان PPPL) می‌گوید: «وقتی آزمایش را انجام دادیم و داده‌ها را تحلیل کردیم، متوجه شدیم که به کشف بزرگی دست یافته‌ایم. مشاهدات ما تأیید کرد که این ناپایداری زمانی رخ می‌دهد که پلاسما در حال انبساط با میدان‌های مغناطیسی برخورد می‌کند».

 

این نتایج نشان می‌دهد که جت‌های سیاه‌چاله‌های کوازار احتمالاً به دلیل همین نوع واکنش میدان‌های مغناطیسی به پلاسماهای در حال گسترش شکل می‌گیرند.

اگر این نتایج تصویری از آنچه که در اطراف سیاه‌چاله‌های فعال رخ می‌دهد باشند، می‌توان گفت که شرایط در دیسک تجمعی سیاه‌چاله‌ها چنان شدید است که پلاسما می‌تواند به شدت به خطوط میدان مغناطیسی فشار بیاورد و این خطوط، در واکنش، پلاسما را به صورت یک ستون باریک به بیرون هدایت می‌کنند.

این یافته می‌تواند بخش بزرگی از تصویر ما از نحوه عملکرد سیاه‌چاله‌های فعال را تکمیل کند.

 

مالکو اضافه کرد: «اکنون که ما این ناپایداری‌ها را با دقت اندازه‌گیری کرده‌ایم، اطلاعات لازم را داریم تا مدل‌های خود را بهبود دهیم و جت‌های اخترفیزیکی را با دقت بیشتری شبیه‌سازی و درک کنیم. جالب است که انسان‌ها بتوانند در آزمایشگاه چیزی را ایجاد کنند که معمولاً در فضا رخ می‌دهد».