物理学者はブラックホールを囲む物質を地球上で再現できる

宇宙にあるすべての目に見える物質をブレンダーに入れることができたら、その結果はおそらくプラズマと呼ばれる物質の状態になるでしょう。プラズマは、電子や陽イオンなどの荷電粒子を含む物質の状態です。一般に、プラズマの温度は、物質をイオン化できるほど十分に高いです。

宇宙のほとんどの物体はプラズマ物理学を説明する必要があるため、天文学者はプラズマの研究に興味を持っています。一例は太陽そのものであり、プラズマの球であると考える人もいます。もう 1 つの例は、降着過程でプラズマ状態にあるブラックホールの周囲の物質であり、そのダイナミクスを理解することが答えを得るために不可欠です。

プラズマ物理学の重要性により、オックスフォードの物理学者は、ブラック ホールの周囲で見られるプラズマに似たプラズマ材料を再現することに成功しました。研究者らによると、このようなことが行われたのはこれが初めてであり、これにより天文現象をより深く理解するための扉が開かれたという。この研究は、ブラックホールや中性子星の観測から予測を行うのに役立ちます。

宇宙で最も一般的な物質の状態はプラズマと呼ばれます。プラズマは気体や液体と同様の特性を持っていますが、異なるクラスに属します。プラズマでは粒子がイオン化されているため、イオンと電子の混合物を表します。プラズマは気体や液体と類似しているため、流体力学の物理学に適合します。

プラズマ内の温度は粒子がイオン化するのに十分なほど高く、これは電子が原子から逃げることを意味します。これらの特性により、プラズマ内に磁場が存在し、導電性を有することが考えられます。プラズマ研究の分野は非常に広いです。

物理学者がプラズマの研究に興味を持っている理由の 1 つは、それが宇宙の支配的な状態であるためです。星は一般にボールプラズマと呼ばれ、ブラックホールや中性子星などの天体の降着円盤はプラズマ状態にあります。私たちの日常生活でも、雷や一部の種類のランプなどにプラズマが存在することがあります。

プラズマ研究の応用の 1 つは、ブラック ホール降着円盤のダイナミクスを理解することです。物質がブラックホールの重力場に閉じ込められると、降着円盤と呼ばれる円盤状の構造が形成されます。複雑な物理的プロセスを通じて、物質はブラック ホールに向かって螺旋を描きます。

円盤が放出する電磁放射はシステムのさまざまな特性に関連しているため、物体が物質を消費する質量と降着率を計算することが可能です。さらに、自ら光を発しないブラックホールを観測できるのも降着円盤のおかげです。

オックスフォードの物理学者のグループは、実験室で初めてブラックホールの周囲に同様のプラズマを再現する実験を実施することに成功した。研究によると、彼らは10兆個の電子陽電子対を含むプラズマを再現したという。これは、降着ブラックホールの周囲のプラズマの状態に似ています。

これらの結果から、この状態でのみ知覚できる性質を波の性質として見つけることができます。考えられる応用の 1 つは、粒子だけでなく力学を理解するために磁気流体力学方程式を使用することです。実験はCERNで行われた。

アイデアの 1 つは、まだ未解決の疑問が残っているいくつかの天体物理学的プロセスを説明するためにこの研究を使用することです。これらの問題の 1 つは、ガンマ線バーストと相対論的ジェットの生成です。これらの現象を理解することは、活動銀河の中核メカニズムを説明する上でも重要です。

ニュースリファレンス

アロースミスら 2024相対論的ペアプラズマビームの実験室での実現Nature Communications