הדמיה מסימולציית מחשב-על מראה כיצד פוזיטרונים מתנהגים בסמוך לאופק האירועים של חור שחור מסתובב.
(תמונה: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
המשיכה הכבידה של חור שחור כה חזקה עד ששום דבר, אפילו לא אור, יכול לברוח ברגע שהוא מתקרב מדי. עם זאת, יש דרך אחת לברוח מחור שחור - אך רק אם אתה חלקיק תת-אטומי.
כאשר חורים שחורים מבלים את העניין בסביבתם, הם גם יורקים מטוסים עוצמתיים של פלזמה חמה המכילה אלקטרונים ופוזיטרון, המקבילה למניעת חומרים אלקטרונים. רגע לפני שאותם חלקיקים נכנסים למזל מגיעים לאופק האירועים, או לנקודת האל חזור, הם מתחילים להאיץ. כשהם מתקרבים למהירות האור, חלקיקים אלה מתרקמים מעל אופק האירועים ונזרקים החוצה לאורך ציר הסיבוב של החור השחור.
זרמים חלקיקים עצומים וחזקים אלה, המכונים מטוסים יחסיים, פולטים אור שאנו יכולים לראות באמצעות טלסקופים. למרות שהאסטרונומים צפו במטוסים במשך עשרות שנים, איש אינו יודע בדיוק כיצד החלקיקים הנמלטים משיגים את כל האנרגיה הזו. במחקר חדש חוקרים עם המעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL) בקליפורניה שופכים אור חדש על התהליך. [החורים השחורים המוזרים ביותר ביקום]
"כיצד ניתן לחלץ את האנרגיה בסיבוב של חור שחור כדי ליצור מטוסים?" בהצהרה נמסר קייל פרפרי, שהוביל את הדמיות החור השחור בתקופתו כעמית פוסט-דוקטורט במעבדת ברקלי. "זו כבר הרבה זמן שאלה." פרפרי הוא כיום עמית בכיר במרכז הטיסה בחלל Goddard של נאס"א במרילנד.
כדי לנסות לענות על שאלה זו, פרפרי וצוותו המציאו מערך של הדמיות מחשב-על אשר "שילבו תיאוריות בנות עשרות שנים כדי לספק תובנה חדשה אודות מנגנוני ההנעה במטוסי הפלזמה המאפשרים להם לגנוב אנרגיה משדות הכבידה העוצמתיים של חורים שחורים דחפו אותו הרחק מפיהם הפעורים ", אמרו בהצהרה גורמים רשמיים ב- LBNL. במילים אחרות, הם חקרו כיצד כוח הכבידה הקיצוני של חור שחור יכול לתת לחלקיקים אנרגיה כה רבה עד שהם מתחילים להקרין.
"ההדמיות, לראשונה, מאחדות תיאוריה שמסבירה כיצד זרמים חשמליים סביב חור שחור מסובבים שדות מגנטיים ליצירת מטוסים. תיאוריה נפרדת המסבירה כיצד חלקיקים העוברים דרך נקודת האל-חזור של חור שחור - אופק האירועים - יכולים גורמים LBNL אמרו כי הצופה הרחוק יביא אנרגיה שלילית והורדת האנרגיה הסיבובית הכוללת של החור השחור. "זה כמו לאכול חטיף שגורם לך לאבד קלוריות במקום להשיג אותם. החור השחור למעשה מאבד מסה כתוצאה משטיפת חלקיקים 'אנרגיים שליליים' אלה."
פרפרי אמר שהוא שילב בין שתי התיאוריות בניסיון למזג פיזיקת פלזמה רגילה עם תורת היחסות הכללית של איינשטיין. ההדמיות נאלצו להתייחס לא רק להאצת החלקיקים ולאור המגיע מהמטוסים הרלטיביסטיים, אלא גם היה צריך לתת את הדעת על הדרך בה נוצרים הפוזיטרון והאלקטרונים מלכתחילה: דרך התנגשויות של פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, כמו קרני גאמה. תהליך זה, המכונה ייצור זוגות, יכול להפוך את האור לחומר.
"תוצאות ההדמיות החדשות אינן שונות בתכלית מתוצאותיהן של ההדמיות הישנות ... שהיא, במידה מסוימת, מרגיעה", אמר רוברט פננה, מדען מחקר במרכז האסטרופיזיקה התיאורטית של אוניברסיטת קולומביה שלא היה מעורב במחקר. , כתב במאמר "נקודות מבט" קשור בכתב העת Physical Review Letters.
"עם זאת, פרפרי ואח 'חושפים התנהגות מעניינת ורומנטית", אמר פננה. "למשל, הם מוצאים אוכלוסיה גדולה של חלקיקים שהאנרגיות היחסיות שלהם שליליות, כפי שהיא נמדדת על ידי צופה הרחק מהחור השחור. כאשר חלקיקים אלה נופלים לחור השחור, האנרגיה הכוללת של החור השחור פוחתת."
בכל זאת הייתה הפתעה אחת. ההדמיות של פרפרי מראות שיש כל כך הרבה מחלקיקי האנרגיה השלילית הללו הזורמים לחור השחור "שהאנרגיה שהם מפיקים על ידי נפילה לתוך החור דומה להשוואה לאנרגיה המופקת על ידי סלילה של השדה המגנטי", אמר פננה. "נדרשת עבודת מעקב כדי לאשש תחזית זו, אך אם ההשפעה של חלקיקי אנרגיה שלילית חזקה כפי שנטען, היא עשויה לשנות את הציפיות לספקטרום הקרינה מטוסי חור שחור."
פרפרי וצוותו מתכננים לשפר עוד יותר את המודלים שלהם על ידי השוואה בין הדמיות לבין עדויות תצפיתיות מהמצפים כמו הטלסקופ Event Horizon החדש, שמטרתו לצלם את התמונות הראשונות של חור שחור. "הם מתכננים גם להרחיב את היקף ההדמיות כך שיכלול את זרימת החומר המסקרן סביב אופק האירועים של החור השחור, המכונה זרימת ההשקעה שלו", אמרו בכירים ב- LBNL.
"אנו מקווים לספק תמונה עקבית יותר של כל הבעיה," אמר פרפרי.
המחקר פורסם ביום רביעי (23 בינואר) במכתבי ביקורת פיזית.
