Im Labor nachgebildete Akkretionsscheibe um Schwarze Löcher

Forscher des Imperial College haben in einem Labor eine rotierende Plasmascheibe geschaffen, die Scheiben nachahmt, die man um Schwarze Löcher herum und bei der Sternentstehung findet.

Das Experiment modelliert genauer, was in diesen Plasmascheiben passiert, was Forschern dabei helfen könnte, herauszufinden, wie Schwarze Löcher wachsen und wie kollabierende Materie Sterne bildet.

Wenn sich Materie Schwarzen Löchern nähert, erwärmt sie sich und wird zu Plasma – einem vierten Materiezustand, der aus geladenen Ionen und freien Elektronen besteht. Es beginnt auch zu rotieren, in einer Struktur, die Akkretionsscheibe genannt wird. Durch die Rotation entsteht eine Zentrifugalkraft, die das Plasma nach außen drückt, die durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs, das es anzieht, ausgeglichen wird.

Diese leuchtenden Ringe aus umlaufendem Plasma stellen ein Problem dar: Wie wächst ein Schwarzes Loch, wenn das Material in der Umlaufbahn festsitzt, anstatt in das Loch zu fallen? Die führende Theorie besagt, dass Instabilitäten der Magnetfelder im Plasma Reibung verursachen, wodurch es Energie verliert und in das Schwarze Loch fällt.

Die primäre Methode, dies zu testen, bestand darin, flüssige Metalle zu verwenden, die sich drehen lassen, und zu sehen, was passiert, wenn Magnetfelder angelegt werden. Da die Metalle jedoch in Rohren enthalten sein müssen, stellen sie kein echtes Abbild eines frei fließenden Plasmas dar.

Jetzt haben Forscher von Imperial ihre Maschine „Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments“ (MAGPIE) verwendet, um Plasma in einer genaueren Darstellung von Akkretionsscheiben zu drehen. Einzelheiten des Experiments werden am 12. Mai in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Beschleunigendes Plasma

Erstautor Dr. Vicente Valenzuela-Villaseca hat die Studie während seiner Doktorarbeit abgeschlossen. im Fachbereich Physik am Imperial. Er sagte: „Wenn wir verstehen, wie sich Akkretionsscheiben verhalten, können wir nicht nur herausfinden, wie Schwarze Löcher wachsen, sondern auch, wie Gaswolken kollabieren und Sterne bilden, und sogar, wie wir unsere eigenen Sterne besser erschaffen können, wenn wir die Stabilität von Plasmen verstehen.“ Fusionsexperimente.

Mit der MAGPIE-Maschine beschleunigte das Team acht Plasmastrahlen und ließ sie kollidieren, sodass eine rotierende Säule entstand. Sie entdeckten, dass sich der rotierende Ring umso schneller bewegt, je näher er sich dem Inneren nähert, was ein wichtiges Merkmal von Akkretionsscheiben im Universum ist.

MAGPIE erzeugt kurze Plasmapulse, was bedeutet, dass nur etwa eine Umdrehung der Scheibe möglich war. Dieses Proof-of-Concept-Experiment zeigt jedoch, wie die Anzahl der Umdrehungen mit längeren Pulsen erhöht werden könnte, was eine bessere Charakterisierung der Eigenschaften der Scheibe ermöglicht. Eine längere Laufzeit des Experiments würde es auch ermöglichen, Magnetfelder anzuwenden, um deren Einfluss auf die Reibung des Systems zu testen.

Dr. Valenzuela-Villaseca sagte: „Wir stehen erst am Anfang der Möglichkeit, diese Akkretionsscheiben auf ganz neue Weise zu betrachten, einschließlich unserer Experimente und Schnappschüsse von Schwarzen Löchern mit dem Event Horizon Telescope. Diese werden es uns ermöglichen, unsere zu testen.“ Theorien und prüfen, ob sie mit astronomischen Beobachtungen übereinstimmen.