گوی‌های آتشین پلاسمایی سیاهچاله‌ها در زمین ساخته شدند!

سیاه‌چاله‌های بسیار عظیم به دلیل فوران پرتوهای غول‌پیکرِ پلاسما به فضا مشهورند و اکنون دانشمندان موفق شده‌اند این گلوله‌های آتشین را در آزمایشگاهی در CERN بازسازی کنند.

اگرچه سیاه‌چاله‌ها به دلیل بلعیدن هر چیزی که بیش از حد به ‌آن‌ها نزدیک شود، حتی نور نیز مشهور هستند، اما این بلعیدن را بسیار بدون نظم و ظرافت انجام می‌دهند. فیزیک شدید و شرایط حادی که در اطراف آن‌ها وجود دارد باعث می‌شود مواد به اطراف پرتاب شده و در برخی موارد به صورت جت‌هایی از ماده متمرکز شوند که تقریباً با سرعت نور شتاب می‌گیرند.

تصور می‌شود این جت‌های نسبیتی (پرتوهایی از ماده یونیزه‌شده که نزدیک به‌سرعت نور شتاب می‌گیرند)، همان‌طور که نامیده می‌شوند، حاوی پلاسمایی از الکترون‌ها و معادل ضد ماده آن‌ها، یعنی پوزیترون‌ها هستند. اما اینکه چگونه این مواد ساخته می‌شوند و چه تأثیری دارند، از مشاهدات نجومی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به‌سختی قابل پاسخگویی است.

بنابراین، دانشمندان CERN تصمیم گرفتند نسخه‌های زمینی خود را در آزمایشگاه ایجاد کنند. با استفاده از تأسیسات تابش بالا به مواد (HiRadMat)، این تیم تحقیقاتی ۳۰۰ میلیارد پروتون از سنکروترون پروتون‌های فوق‌العاده جمع‌آوری و آن‌ها را به اهدافی از گرافیت و تانتالوم شلیک کردند. این برخوردها باعث زنجیره‌ای از تعاملات ذرات می‌شوند که به اندازه کافی جفت‌های الکترون-پوزیترون تولید می‌کنند تا حالت پلاسما پایدار را حفظ کند.

ابتدا، پروتون‌ها با انرژی کافی به هسته‌های کربن در گرافیت برخورد می‌کنند تا ذرات بنیادی داخل آن‌ها را از هم جدا کنند. در میان این‌ ذرات پیون‌هایی خنثی وجود دارند که به‌سرعت به اشعه‌های گاما با انرژی بالا تجزیه می‌شوند. این اشعه‌های گاما سپس با میدان الکتریکی تانتالوم برهمکنش می‌کنند که به نوبه خود باعث تولید جفت‌های الکترون و پوزیترون می‌شود. در این آزمایش، ۱۰ تریلیون جفت الکترون-پوزیترون تولید شد که بیش از مقدار مورد نیاز بود تا جفت‌ها شروع به رفتاری مانند یک پلاسما واقعی کنند.

جانلوکا گرگوری، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت:

«ایده اصلی این آزمایش‌ها این است که میکروفیزیک پدیده‌های اخترفیزیکی مانند همین جت‌های سیاه‌چاله‌ها و ستارگان نوترونی را در آزمایشگاه بازتولید کنیم. آنچه ما درباره این پدیده‌ها می‌دانیم تقریباً به‌طور کامل از مشاهدات نجومی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری می‌آید، اما تلسکوپ‌ها نمی‌توانند واقعاً به میکروفیزیک نفوذ کنند و شبیه‌سازی‌ها نیز تقریبی هستند. بررسی‌های آزمایشگاهی مانند این‌ پلی بین این دو رویکردند.»

این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.

منبع: Newatlas