Исследователи обнаружили процесс в закрученных массах плазмы, окружающей черные дыры и нейтронные звезды, который может вызывать ранее необъяснимые выбросы света и тепла. Эти открытия могут улучшить понимание фундаментальных астрофизических процессов во Вселенной.
Плазма, известная как четвертое состояние материи, состоит из свободно плавающих электронов и атомных ядер или ионов и составляет 99 процентов видимой Вселенной. Воспроизведение термоядерного синтеза на Земле может обеспечить практически неисчерпаемый источник энергии для выработки электричества.
Повторное соединение происходит, когда силовые линии магнитного поля разъединяются и снова соединяются, высвобождая энергию. Этот процесс интересует ученых, потому что он, кажется, происходит во всей Вселенной, от плазменных масс на световые годы до настольных экспериментов в лабораториях.
Исследователи использовали новую модель и ранее собранные данные, чтобы обнаружить, что колебания плазмы, известные как магнитовращательная нестабильность (МН), объединяют магнитные поля. В результате переподключение в аккреционных дисках высвобождает наблюдаемые тепло и свет.
«Эти процессы воссоединения аккреционного диска являются чем-то новым в мире физики плазмы», - сказала физик Фатима Эбрахими, соавтор статьи, в которой опубликованы результаты в The Astrophysical Journal Letters . «Числовые данные лежали там в течение долгого времени, и мы, наконец, разобрались в них!»
Новое компьютерное моделирование показало плазму более детально, чем раньше. Другие модели моделируют только небольшие части плазмы, известные как сдвиговые боксы, и предполагают, что результаты применимы к остальной части плазмы. «Ящики для стрижки служат руководством, но это еще не все», - подчеркнул Эбрахими.
Такие коробки не показывают всего поведения плазмы во время пересоединения. С другой стороны, симуляция с более высокой точностью, использованная в этом исследовании, выявила больше промежуточных шагов.
Ведущим автором статьи был Джарретт Розенберг, старший сотрудник Политехнического института Ренсселера (RPI) по специальности физика, который весной 2021 года участвовал в лабораторной стажировке студентов бакалавриата. Для Розенберга эксперименты были своего рода исследовательским тиглем. «Для меня это было очень новой почвой», - сказал Розенберг. «Я не изучал физику плазмы в школе и никогда не писал исследовательских работ. Но я был взволнован, когда окунулся в этот мир».
В будущем Эбрахими планирует изучить, как МН влияет на турбулентность аккреционного диска, возмущения в плазме, которые могут влиять на распространение тепла, света и движения по диску. «Мы надеемся провести более крупное моделирование и лучше понять, что именно происходит на каждом этапе», - сказал Эбрахими. «Таким образом, вы изучаете новую физику, а когда позже происходят более сложные вещи, вы знаете почему!»