CERNi teadlased said hakkama samasuguse plasmapalliga, nagu tekib kõike neelavas mustas augus

Umbes selline näeb välja plasmajuga, mis väljub kõike neelavast mustast august, kuna see sööb ümbritsevat ainet liiga lohakalt. Šveitsi-Prantsuse piiril asuvas CERNi laboris õnnestus seda plasmajuga taasluua. Foto: NASA / Caltech

Šveitsi-Prantsuse piiril asuvas teadusasutuses CERN, kus asub ka maailma suurim maa-alune osakestekiirendi, on teadlased edukalt loonud laboris  plasmapurskeid, mis jäljendavad supermassiivsete mustade aukude poolt kosmosesse paisatud tulepalle.

Kuigi mustadest aukudest ei pääse välja peaaegu mitte miski ja isegi valgus neeldub seal täielikult, on need kosmilised õgardid «söömisel» äärmiselt lohakad.

Nende läheduses toimuvad äärmuslikud füüsikalised protsessid paiskavad materjali kõikjale kosmosesse ja mõnel juhul koondub see aineks, mida kiirendatakse peaaegu valguse kiiruseni.

Neis relativistlikes jugades, nagu neid kutsutakse, arvatakse sisalduvat plasmat, mis koosneb elektronidest ja nende antiaine ekvivalentidest, positronidest. Kuidas täpselt see aine tekib ja milliseid efekte avaldab, on keeruline mõõta vaid astronoomiliste vaatluste ja arvutisimulatsioonide abil, sest mustad augud asuvad meist (õnneks) väga kaugel.

CERNi teadlased otsustasid aga luua sellest plasmapurskest oma versiooni siinsamas maapealsetes laboritingimustes. 

Kasutades High-Radiation to Materials (HiRadMat) rajatist, kogus meeskond 300 miljardit prootonit Super Proton Synchrotroni seadmest ja tulistas neid grafiidi ja tantaali sihtmärkide suunas. See käivitas osakeste vastastikmõjude ahela, mis tekitab piisavalt elektron-positron paare, et säilitada stabiilne plasma olek.

Selline näeb välja CERNi HiRadMati katserajatise seade, kus taasloodi musta augu üht veidi omapärast nähtust. Foto: CERN

Esmalt põrkavad prootonid kokku grafiidi süsinikutuumadega, vabastades piisavalt energiat, et omakorda vabastada nende sees olevad elementaarosakesed. Nende hulgas on neutraalsed pionid, mis lagunevad kiiresti kõrge energiaga gammakiirteks. Tekkinud gammakiired suhestuvad tantaali elektriväljaga, mis omakorda toodab elektronide ja positronide paare.

Selle keerulise katse käigus toodeti muljetavaldavad kümme triljonit elektron-positron paari, mis on enam kui piisav, et hakata käituma nagu tõeline astrofüüsikaline plasmapilv.

«Nende katsete põhieesmärk on laboris taasesitada astrofüüsikaliste nähtuste, nagu mustade aukude ja neutronitähtede jugade mikrofüüsikat,» ütles uuringu kaasautor Gianluca Gregori, «see, mida me nende nähtuste kohta teame, pärineb peaaegu täielikult astronoomilistest vaatlusetest ja arvutisimulatsioonidest, kuid teleskoobid ei suuda tegelikult mikrofüüsikat uurida ja simulatsioonid hõlmavad ligikaudseid arvutusi. Laborikatsed on sobiv võimalus ehitada sild nende kahe lähenemisviisi vahel.»

Fireballi koostöögrupp on kasutanud CERNi HiRadMat rajatist, et toota analooge aine ja antiaine jugadest, mis voolavad välja mõnest mustast august ja neutronitähest. «Fireballi katsed on üks viimaseid olulisi täiendusi HiRadMati portfoolios,» lisas rajatise operatsioonijuht Alice Goillot. 

Allikad: New Atlas, CERN, Nature Communications