العلماء يطورون “ حلقات الثقب الأسود ” الملتفة في المختبر لأول مرة
ابتكر العلماء حلقات بلازما شديدة الحرارة تحاكي أقراص التراكم اللامعة التي تدور حولها الثقوب السوداء بسرعات لا تصدق. يمكن للتجارب المعملية أن تلقي الضوء على كيفية نمو الثقوب السوداء.
قرص التراكم هو حلقة من البلازما شديدة الحرارة ، أو الغاز المتأين ، والتي تدور حول أفق الحدث للثقب الأسود ، وهو الحد الذي لا يمكن لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب منه. يخلق الدوران الفائق السرعة للحلقة قوة طرد مركزية تدفع البلازما للخارج ، وتقاوم جاذبية الثقب الأسود وتحافظ على البلازما في مدار مستقر. تتكون البلازما من مادة يتم سحبها باتجاه حدود الثقب الأسود قبل أن يتم تسخينها بفعل قوة الجاذبية الشديدة.
الملاحظة المباشرة الوحيدة لقرص التراكم هي الهالة غير الواضحة للضوء البرتقالي تم تصويره حول M87 *، ثقب أسود بحجم النظام الشمسي يقع في قلب مجرة ميسيه 87. ولكن الآن ، قام باحثون في إمبريال كوليدج لندن بإعادة إنشاء ثقب باستخدام مولد الأمبير الضخم الخاص بالجامعة لتجارب انفجار البلازما (MAGPIE).
قام MAGPIE بإنشاء الحلقات الاصطناعية عن طريق تسريع ثماني نفاثات بلازما منفصلة وتصادمها لتشكيل عمود دوران مركزي ، حيث تدور البلازما بالقرب من المركز بشكل أسرع من البلازما تجاه حافتها ، تمامًا كما هو الحال في قرص التنامي ، كما كتب الباحثون في إفادة (يفتح في علامة تبويب جديدة). استغرقت الكتل الدوارة دورة كاملة واحدة فقط ، والتي تستغرق حوالي 150 نانوثانية (150 جزء من المليار من الثانية) حتى تكتمل. لكن الباحثين يأملون في أن يتمكنوا من إطالة مدة النبضات ، مما يسمح لهم برؤية كيف تنمو الأقراص على مدار دورات متعددة.
تم نشر النتائج في 12 مايو في المجلة رسائل المراجعة البدنية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
متعلق ب: ربما تسبب الثقب الأسود الفوضوي في حدوث أكبر انفجار في الكون
يأمل الفريق أن تساعد التجارب المستقبلية التي تتضمن حلقات بلازما مستدامة في الإجابة على أحد أكبر الأسئلة حول أقراص التراكم: كيف تنمو الثقوب السوداء إذا بقيت أقراص التراكم في مدارات مستقرة حول آفاق الحدث؟
“النظرية الرائدة هي أن عدم الاستقرار في المجالات المغناطيسية في البلازما يسبب الاحتكاك ، مما يسبب [the plasma] لتفقد الطاقة وتسقط في الثقب الأسود “، كتب الباحثون في البيان. لكن التجارب المستقبلية قد تكون قادرة على إثبات هذه النظرية ، أضافوا.
“إن فهم كيفية عمل أقراص التراكم لن يساعدنا فقط في الكشف عن كيفية نمو الثقوب السوداء ، ولكن أيضًا كيف تنهار الغيوم الغازية لتشكل النجوم” ، كما قال المؤلف الرئيسي للدراسة فيسنتي فالينزويلا فيلاسيك (يفتح في علامة تبويب جديدة)أقال في البيان ، عالِم الفيزياء الفلكية بجامعة برينستون وطالب دكتوراه سابق في إمبريال كوليدج لندن. يمكن للتجارب المستقبلية أيضًا أن تلقي الضوء على كيفية التحسين الاندماج النووي وأضاف أن المفاعلات على الأرض.
يمكن أن توفر وكلاء قرص التراكم أيضًا نقطة مرجعية للباحثين الذين يحللون بيانات الثقب الأسود التي تم جمعها بواسطة Event Horizon Telescope ، وهي مجموعة عالمية من ثمانية أطباق راديو كبيرة مخصصة لدراسة الثقوب السوداء الهائلة في مجرة درب التبانة والمجرات المجاورة لنا.
ليست هذه هي المرة الأولى التي يحاول فيها العلماء دراسة الثقوب الخلفية في المختبر. في الماضي ، حاول الباحثون إعادة إنشاء أقراص التراكم عن طريق ضخ المعادن السائلة عبر أنابيب دائرية بسرعات عالية لتقليد خصائص البلازما. ولكن نظرًا لوجود السائل المعدني داخل أنبوب بدلاً من تكوينه بشكل طبيعي ، يمكن للباحثين معرفة كمية محدودة عبر هذه الطريقة.
في نوفمبر 2022 ، استخدم الباحثون أيضًا سلسلة ذرات ذات ملف واحد لمحاكاة أفق الحدث للثقب الأسود. نتائجهم كشفت أن الثقوب السوداء من المحتمل أن تنتج إشعاع هوكينغ، وهج إشعاعي خافت من جسيمات افتراضية تظهر بشكل عشوائي بالقرب من حدود الثقب الأسود – وهي ظاهرة تنبأ بها ستيفن هوكينج لأول مرة.
استخدم العلماء أيضًا معدات معملية لنسخ كيانات كونية أخرى ، مثل الشمس. في يناير ، قام باحثون بجامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس كشف النقاب عن “شمس صغيرة” اصطناعية يمكن أن تولد موجات صوتية لتقليد تأثيرات الجاذبية. وفي أبريل ، قام باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ابتكرت مشاعل شمسية اصطناعية صغيرة لأول مرة.