O jakim rodzaju plazmy mówimy?
Dyski akrecyjne czarnych dziur uzyskano w warunkach laboratoryjnych. To jest tak
Takie dyski pojawiają się także wokół gwiazdw zamkniętych układach podwójnych, w galaktykach wirujących i formacjach protoplanetarnych. Ponadto podobna substancja pojawia się w mechanizmie rozbłysków gamma towarzyszących łączeniu się gwiazd neutronowych i zapadaniu się jąder supernowych i hipernowych.
Kompresja materii, a także wydzielanie ciepła w wyniku tarcia różnie obracających się warstw, prowadzi do nagrzania dysku akrecyjnego.
Tworzenie się dysku akrecyjnego wokół pulsara
Jak substancja pojawia się naturalnie?
Powiedzieliśmy już, że gaz wypływa z jednegoelement systemu do innego, ma znaczny moment pędu: pojawia się w wyniku ruchu orbitalnego. Dlatego cząsteczki gazu nie mogą padać promieniście na gwiazdę. Zamiast tego poruszają się wokół niego po orbitach keplerowskich.
W rezultacie powstaje dysk gazowy, w którymrozkład prędkości odpowiada prawom Keplera. Według niego warstwy położone bliżej gwiazdy będą miały większe prędkości. Jednakże na skutek tarcia pomiędzy warstwami gazu ich prędkości wyrównują się, a warstwy wewnętrzne przenoszą część swojego momentu pędu na zewnątrz.
W rezultacie wewnętrzne warstwy zbliżają się do gwiazdy i ostatecznie opadają na jej powierzchnię. W rzeczywistości trajektorie poszczególnych cząstek gazu mają postać spirali, które powoli się skręcają.
Promieniowe przemieszczenie materii w dysku akrecyjnymtowarzyszy uwolnienie energii grawitacyjnej, której część zamienia się w energię kinetyczną (przyspieszenie ruchu gazu przy zbliżaniu się do gwiazdy), a druga część zamienia się w ciepło i ogrzewa materię dysku. Dlatego dysk akrecyjny emituje termiczne promieniowanie elektromagnetyczne. Energia kinetyczna gazu po zderzeniu z powierzchnią gwiazdy jest również przekształcana w energię cieplną i wypromieniowywana.
Jak powstała substancja w laboratorium?
Główna właściwość tworzenia takichŹródła promieniowania rentgenowskiego będą silnym promieniowaniem magnetycznym. Jego pole magnetyczne i indukcja mogą sięgać kilku tysięcy Tesli - zauważają w swojej pracy naukowcy z Instytutu LaPlaz, NRNU MEPhI i laboratorium CELIA Uniwersytetu w Bordeaux.
Astrofizyka od dawna jest uważana za dziedzinęobserwatorów, gdyż wydawało się, delikatnie mówiąc, trudno wpłynąć na badane przez nią zjawiska, a tym bardziej je odtworzyć. Wyjątkowość naszego eksperymentu polega na tym, że parametry powstałej plazmy nie wymagają skalowania, odpowiadają one rzeczywistym parametrom plazmy w pobliżu czarnej dziury bliskich układów podwójnych, takich jak Cygnus X-1.
Philipp Korneev, profesor nadzwyczajny, Instytut Technologii Laserowych i Plazmowych, Narodowy Uniwersytet Badań Jądrowych MEPhI
Istotą tej metody jest efekt odbiciapotężną wiązkę lasera wzdłuż spiralnie ukształtowanej wewnętrznej powierzchni celu. Tarcza staje się zwiniętym kawałkiem folii, którego rozmiar wynosi kilkaset mikronów.
Wiązka laserowa dostarcza 330 dżuli energiiczas trwania jednej pikosekundy. W ten sposób jest prawie całkowicie wchłaniany w docelowej wnęce, tworząc w środku relatywistyczną plazmę i pole magnetyczne o indukcji przekraczającej 2 tysiące Tesli.
Według Kornewa ze względu na to, że jest tak potężnylaser był kierowany na stosunkowo mały cel przez 10–12 sekund, a moc impulsu okazała się około 20 razy większa niż pobór prądu przez cały sektor energetyczny Ziemi.
Następnie w docelowej objętości dla kilkupikosekund powstała materia o temperaturze miliardów stopni, gęstości 1018 cząstek na cm3 i zamarzniętym polu magnetycznym o mocy ponad 2000 Tesli. To właśnie te parametry można wykryć w plazmie w obszarze aktywnym źródeł promieniowania rentgenowskiego
Zgodnie z tekstem badań, objętość żaróweknamagnesowana materia wystarczyła, aby posiadać podstawowe cechy jej kosmicznego prototypu. Sprzyjały temu również warunki eksperymentalne, w szczególności fakt, że wewnątrz objętości plazmy pola magnetyczne były skierowane ku sobie w taki sposób, że w obszarze styku przeciwnych linii magnetycznych nastąpiło anihilacja pola magnetycznego, prowadząca do pojawienia się strumieni cząstek o prędkościach bliskich prędkości światła.
Co teraz?
Doświadczenie pokazało, że rozwinięteprzez międzynarodową grupę, technika ta może wytwarzać nie tylko quasi-stacjonarne pola magnetyczne o rekordowej wielkości, ale także symulować stan powstającej w nich plazmy o dużej gęstości energii materii i energii elektromagnetycznej. Na tym etapie jest to bardzo potrzebne w astrofizyce laboratoryjnej.
To doświadczenie, według międzynarodowej grupy, stanie siępodstawa do ulepszenia techniki tworzenia ukierunkowanych wiązek cząstek: uczynienia ich bardziej wydajnymi i potężnymi. Takie urządzenia są aktywnie wykorzystywane w naukach eksperymentalnych, medycynie i systemach bezpieczeństwa.
Czytaj także
Na zagrażającej Ziemi asteroidzie Apophis zauważył niebezpieczne zjawisko. Co się dzieje?
Naukowcy odkryli, dlaczego dzieci są najbardziej niebezpiecznymi nosicielami COVID-19
Co odkryła sonda Parker Solar Probe, lecąc jak najbliżej Słońca