Teadlased: teame, et mustad augud röhitsevad süües ja nüüd tegime Maa peal järgi

Nii võiks välja näha pärast suure hulga aine neelamist röhitsema hakkav must auk sealt väljuva plasmajoaga. Foto: Picryl

Äsja toimunud eksperiment Maal jäljendas miniatuursel skaalal üht äärmuslikumat astrofüüsikalist protsessi, mis võib aidata mõista kosmilisi nähtusi.

Princetoni plasmafüüsika laboratooriumi (Princeton Plasma Physics Laboratory ehk PPPL) teadlastel õnnestus luua suunatud plasmajoad, mis sarnanevad kosmilistele jugadele, mis tekivad mustade aukude ja beebitähtede ümber. Kuigi laboratooriumis loodud joad on palju väiksemad ja nõrgemad kui kosmoses eksisteerivad, on need paljastanud kauakestnud hüpoteesi plasma ebastabiilsuse kohta, mis võib aidata mõista, kuidas need võimsad pursked tekivad ja peaaegu valguskiirusel kosmosesse liiguvad.

Teadlased usuvad, et magnetväljad mängivad olulist rolli plasmajugade tekkimisel, ja nende uus eksperiment annab olulist teavet mustade aukude ja muude taevakehade plasmajugade kohta. Need kitsad ja pikad plasmajoad purskuvad välja kosmilistest objektidest, näiteks mustadest aukudest ja beebitähtedest, tavaliselt objekti pöörlemistelje suunas.

Plasmajugade saladus

Astrofüüsikalised plasmajoad on pikka aega teadlasi hämmastanud. Need on kitsad ja pikad plasmajoad, mis väljuvad kosmiliste objektide poolustelt piki pöörlemistelge. Mustade aukude puhul tekivad need joad siis, kui must auk «toitub» ümbritsevast materjalist. Teadlased usuvad, et osa sellest materjalist suunatakse ja kiirendatakse piki magnetvälja jooni poolustele, kus see purskub jugadena välja. Sarnane mehhanism arvatakse toimivat ka beebitähtede puhul. Siiski on nende jugade moodustumise täpsed üksikasjad seni suuresti teadmata.

PPPL füüsik Sophia Malko juhitud teadlaste meeskond keskendus magnetväljade ja plasma vastastikmõjule. Plasma on aine olek, mis koosneb ioniseeritud osakestest. Teadlased kasutasid prootonradiomeetriat, mis mõõdab laetud osakeste suunda ja võimaldab kaardistada plasma magnetvälja mustreid.

Eksperimendi käigus tekitati plasma, tulistades laserit õhukesele plastkettale. Samal ajal loodi prootonite ja röntgenkiirte segu, lastes lasereid vesinikku ja heeliumit sisaldavale kapslile, mille tuumareaktsioonid tekitasid soojenedes vajalikke osakesi.

Prootonid ja röntgenkiired läbisid niklist võrgu, mis paiknes kahe tugeva magnetmähise vahel. Nagu pastamasin, surus võrk valguse ja osakesed väikesteks kiirteks. Magnetvälja ja plasma vastastikune mõju moonutas prootonite vooge, aidates mõõta plasmas toimuvaid protsesse, samal ajal kui röntgenkiired läbisid plasma häirimatult, andes võrdluspunkti.

Plasma ja magnetväljade dünaamika

Teadlased jälgisid, kuidas plasma paisus ja tekitas magnetväljas pingeid, mis väljendusid mullide ja kobrutamisena plasmaservades – sarnane efekt, mida võib näha, kui külm piim seguneb kuuma kohviga. See viitab sellele, et plasma ja magnetväljade kohtumine tekitas palju keerulisi struktuure.

Plasma kaotas lõpuks oma energia ja magnetväli tõmbas end tagasi algsesse asendisse, tekitades pika, õhukese, suunatud joa – täpselt nagu need, mis purskuvad mustadest aukudest kosmoses.

Uurijad märkasid ka huvitavat nähtust, mida nimetatakse magnetiliseks-Rayleigh-Taylori ebastabiilsuseks – see on sarnane tuntud vooludünaamika nähtusega, kuid magnetvälja kaasamisel. See oli esimene kord, kui seda nähtust plasmas otseselt jälgiti.

Kasutusalad astrofüüsikas ja energeetikas

Lisaks astrofüüsikale on sellel avastusel rakendusvõimalusi ka tuumasünteesi uurimisel, kuna plasmat kasutatakse magnetväljadega piiratud tuumasünteesireaktorites. Magnetväljas plasma hoidmine on keeruline ülesanne ja teadlaste uus avastus võib aidata lahendada probleeme tulevastes energeetilistes rakendustes.

Nüüd, kui teadlased on täpselt mõõtnud magneto-Rayleigh-Taylori ebastabiilsust, on neil rohkem teavet selle kohta, kuidas plasma ja magnetväljad suhtlevad, mis võib viia paremate mudelite ja sügavamate astrofüüsikaliste protsesside mõistmiseni.

Uuring avaldati ajakirjas Physical Review Research.

Allikas: Science Alert