Oamenii de stiință utilizează fascicule de protoni pentru a cerceta modul în care interacționează plasma și câmpurile magnetice. Acestea ar putea rezolvat misterul modului în care quasarii și alte găuri negre supermasive își dezlănțuie jeturile relativiste.

Să ne imaginăm scena din inima unui quasar. O gaură neagră supermasivă, poate de sute de milioane, sau chiar miliarde, devorează cu înfrigurare materia.

Jeturi de gaură neagră în laborator.

Această materie încărcată se numește plasmă și este atrasă gravitațional în jurul găurii negre. Cu toate acestea, nu toată plasma, care este formată din atomi ionizați sau electrificați, este înghițită de gaura neagră.

Într-adevăr, gaura neagră mușcă mai mult decât poate mesteca. Cu toate acestea, o parte din plasmă este scuipată în jeturi colimate de câmpul magnetic puternic al găurii negre. Asta înainte ca plasma să se apropie de orizontul evenimentelor, care este practic punctul fără întoarcere.

Aceste jeturi se pot întinde mii de ani-lumină în spațiu. Totuși, oamenii de știință nu au reușit să explice fizica care are loc la baza jetului. Mai exact unde se formează.

Răspunsul ar putea veni de la cercetătorii de la Princeton Plasma Physics Laboratory  din New Jersey. Aceștia au reușit să conceapă o modificare a unei tehnici de măsurare a plasmei numită radiografie cu protoni.

În experimentul lor, cercetătorii au creat mai întâi o plasmă cu densitate energetică ridicată prin lansarea unei raze laser pulsate de 20 de jouli asupra unei ținte din plastic. Apoi, au folosit lasere puternice pentru a instiga fuziunea nucleară într-o capsulă de combustibil umplută cu deuteriu și heliu-3. Reacțiile de fuziune au eliberat explozii de protoni și raze X.

Acești protoni și raze X au trecut apoi printr-o plasă de nichel plină cu găuri mici. Gândiți-vă la plasă ca la o strecurătoare pentru paste. Aceasta strecoară protonii în mai multe fascicule discrete. Ca urmare, pot măsura apoi modul în care coloana de plasmă în expansiune interacționează cu un câmp magnetic de fond.

Razele X trec fără probleme prin plasmă

Deoarece protonii sunt încărcați, aceștia vor urma liniile câmpului magnetic în timp ce sunt loviți de plasmă. Explozia de raze X acționează ca o verificare. Asta pentru că razele X trec fără probleme prin plasă și prin câmpul magnetic. De asemenea, ele oferă o imagine nedistorsionată a plasmei, pe care o putem compara cu măsurătorile efectuate cu fasciculul de protoni.

„Experimentul nostru a fost unic pentru că am putut vedea direct câmpul magnetic modificându-se în timp”, a declarat Will Fox. El este cercetătorul principal al experimentului. „Am putut observa în mod direct modul în care câmpul este împins în afară și răspunde plasmei într-un fel de război de tracțiune”.

Ei au observat în detaliu câmpul magnetic care se încovoaie spre exterior sub presiunea plasmei în expansiune, cu plasma care se izbește de liniile câmpului magnetic. Această formare de bule și spumă a plasmei este cunoscută sub numele de instabilitatea magneto-Rayleigh Taylor. Aceasta a creat forme în câmpul magnetic care arată ca niște vârtejuri și ciuperci.

În mod esențial, pe măsură ce energia plasmei a scăzut, liniile câmpului magnetic au fost capabile să se rupă înapoi. Acest lucru a comprimat plasma într-o coloană dreaptă și îngustă, asemănătoare jetului relativist al unui quasar.

„Când am făcut experimentul și am analizat datele, am descoperit că aveam ceva mare”, a declarat Sophia Malko de la PPPL. „Observarea instabilităților magneto-Rayleigh Taylor care rezultă din interacțiunea dintre plasmă și câmpurile magnetice a fost considerată de mult timp ca având loc, dar nu a fost niciodată observată direct până acum.

Această observație contribuie la confirmarea faptului că această instabilitate apare atunci când plasma în expansiune întâlnește câmpuri magnetice”, potrivit yahoo.