Εργαστηριακές συσκευές μιμούνται τους πίδακες των μαύρων οπών

Από την ιστοσελίδα  Space.com, 11 Νοεμβρίου 2002

Μεταξύ των ισχυρότερων φαινομένων στο διάστημα είναι οι πίδακες ύλης που φαίνονται να φεύγουν από τις υπερμεγέθεις μαύρες οπές, οι οποίες είναι αγκυροβολημένες στο κέντρων πολλών γαλαξιών. Αυτά τα υπερταχύτατα ρεύματα του υπέρθερμου αερίου, που ονομάζεται πλάσμα, είναι συγκεντρωμένα σε δύο στενές περιοχές, ταξιδεύοντας σε αντίθετες κατευθύνσεις, κατά μήκος του άξονα περιστροφής ενός γαλαξία.

Αλλά οι δυνάμεις και οι διαδικασίες που διοχετεύουν και ωθούν αυτές τις καταπληκτικές δομές, οι οποίες μπορούν να επεκταθούν σε αποστάσεις μερικών ετών φωτός, είναι συνήθως μυστήριες.

Δεξιά: Εικόνες πλάσματος σε ένα spheromak, που λήφθηκαν με μια, υψηλής ταχύτητας, ψηφιακή κάμερα, δείχνουν την ανάπτυξη της δομής όμοιων με τους πίδακες, αριστερά, και ελικοειδών ασταθειών στον πίδακα.

Οι νέες ενδείξεις προέρχονται από μια απίθανη πηγή: ένα πυρηνικό ερευνητικό πρόγραμμα. Στο τελευταίο έτος δύο ερευνητές του Τεχνολογικού Ιδρύματος της Καλιφόρνιας (Caltech), έχουν κάνει ένα μοντέλο με τη μαγνητική δραστηριότητα στον ήλιο με τη χρησιμοποίηση μιας αίθουσας κενού από χάλυβα, που λέγεται spheromak. Η συσκευή αναπτύχθηκε κυρίως για τη μελέτη της πυρηνικής τήξης, τη πυρηνική διαδικασία με την οποία δίνει ενέργεια ο ήλιος και που έχει μελετηθεί ως μια πιθανή πηγή επίγειας ενέργειας.

Οι επιστήμονες, Scott Hsu και Paul Bellan, έχουν τώρα υπολογίσει πώς να υιοθετήσουν το spheromak για να μιμηθούν τους πίδακες των μαύρων οπών.

Χρησιμοποιούν τη μαγνητική ενέργεια για να εκμεταλλευτούν τους πίδακες στο πλάσμα, που όπως λένε μοιράζονται πολλά από τα χαρακτηριστικά των πιδάκων της ύλης των μαύρων οπών.

Πρόκειται να εκθέσουν την έρευνά τους στην ετήσια συνεδρίαση του τμήματος της φυσικής του πλάσματος, της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας, στο Ορλάντο της Φλόριδας.

Ολόκληρο το πείραμα γίνεται σε έναν κύλινδρο με το μέγεθος ενός μεγάλου φοριαμού. Αν και η συσκευή και το αποτέλεσμα περιλαμβάνουν σύνθετη φυσική, αποδεικνύει την προσπάθεια που απαιτείται για να σχηματισθούν οι πίδακες.

"Οι φωτογραφίες σαφώς εμφανίζουν, ότι δομές σαν τους πίδακες, στο πείραμα σχηματίζονται αυθόρμητα", λέει ο Bellan.

Η συσκευή των εργαστηρίων χρησιμοποιεί τις διαφορές δυναμικού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων για να δημιουργήσει μαγνητικές γραμμές, που μιμούνται έναν δίσκο προσαύξησης σε ένα πλάσμα του υδρογόνου. Το ρεύμα που εφαρμόζεται είναι δεκάδες χιλιάδες φορές ισχυρότερο από ό,τι κυκλοφορεί σε μια οικιακή συσκευή.

Η εργασία αυτή υποστηρίζει μια θεωρία για τους πραγματικούς αστροφυσικούς πίδακες.

Επιστήμονες έχουν συλλάβει μια υπερμεγέθη μαύρη οπή σε ένα μακρινό γαλαξία τη στιγμή της δράσης σε τέσσερις ευδιάκριτες περιπτώσεις, τα τρία περασμένα έτη. Φαίνεται ότι  αναβλύζει ενέργεια από ένα πίδακα ηλεκτρονίων  και μαγνητικά πεδία σαν ένα ουράνιο είδος Geyser.

Η ιδέα είναι ότι οι πίδακες μπορούν να σχηματισθούν όταν συστρέφονται τα μαγνητικά πεδία από την περιστροφή ενός δίσκου προσαύξησης. Το όνομα αυτό δόθηκε σε ένα περιστρεφόμενο και σχετικά επίπεδο δίσκο στον οποίο η ύλη κινείται σπειροειδώς προς το εσωτερικό μιας μαύρης οπής. Έτσι και εισέλθει μέσα σε μια μαύρη οπή, η ύλη είναι παγιδευμένη. Αλλά καθώς πλησιάζει η ύλη, στην μαύρη οπή με την ταχύτητα του φωτός, η περισσότερη ύλη μετατρέπεται σε πλάσμα. Αλλά δεν φαίνεται να περνά όλο το πλάσμα διαμέσου του αποκαλούμενου ορίζοντα γεγονότος, μια σφαίρα χωρίς επιστροφή.

Οι μαγνητικές δυνάμεις συμπιέζουν κάποια ποσότητα από αυτό το πλάσμα και η μαγνητική ενέργεια ενσωματώνεται μέσα σε αυτό εντός των στενών πιδάκων, που εκπέμπονται κατά μήκος του άξονα της περιστροφής. Μια μελέτη πέρυσι έδειξε ότι και οι ίδιες οι μαύρες οπές πιθανώς περιστρέφονται.

Κανένας όμως από αυτούς τους πίδακες δεν μπορεί πραγματικά να παρατηρηθεί να αναπτύσσεται γύρω από τις υπερμεγέθεις  μαύρες οπές, επειδή η διαδικασία αυτή δεν μπορεί να μετρηθεί στις ανθρώπινες χρονικές κλίμακες. Μιλάμε για τους γαλαξίες που είναι δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά και χρειάστηκαν δισεκατομμύρια έτη για να εξελιχθούν.

Εντούτοις, οι αστρονόμοι έχουν βεβαιώσει τα περιγράμματα τέτοιων ενεργειών στα περιβάλλοντα, τα οποία περιβάλλουν τις αστρικές μαύρες οπές, αντικείμενα μέσα στο γαλαξία μας που διαμορφώνονται όταν καταρρέουν τα ογκώδη αστέρια.

Τον Ιούνιο του 2002, οι επιστήμονες ανέφεραν ότι οι πίδακες από τις αστρικές μαύρες οπές πράγματι σχετίζονται με τους δίσκους προσαύξησης. Και στις αρχές Νοεμβρίου, μια ερευνητική ομάδα αποκάλυψε ένα αξιοπρόσεκτο σύνολο παρατηρήσεων απαριθμώντας τον ολόκληρο κύκλο ζωής ενός πίδακα που προέρχεται από μια αστρική μαύρη οπή.

Οι Hsu και Bellan λένε ότι οι πίδακες τύπου spheromak αναπτύσσουν επίσης κινήσεις, οι οποίες επιστημονικά καλούνται ελικοειδείς αστάθειες και που έχουν παρατηρηθεί  επίσης στους πίδακες των μαύρων οπών.