Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики впервые воспроизвели джеты черной дыры в лаборатории
Релятивистские струи, также известные как джеты, — пожалуй, одни из самых загадочных явлений во Вселенной. Это потоки плазмы длиной в тысячи или даже миллионы световых лет, вещество в которых разгоняется до скоростей, близких к световой. Но какие процессы способны придавать столь мощное ускорение материи — вопрос открытый. Физики сразу в двух лабораториях по разные стороны Атлантики почти одновременно смогли воспроизвести такие условия, которые могут формировать джеты, исходящие от черной дыры.
Компактные массивные объекты — черные дыры и нейтронные звезды — имеют свойство активно притягивать к себе окружающее вещество. Если этого вещества много, оно формирует аккреционный диск — колоссальную спиралевидную структуру, уплотняющуюся к центру. Чем ближе вещество в аккреционном диске к центру притяжения, тем быстрее оно движется, а его составляющие чаще взаимодействуют друг с другом. Это приводит к росту давления и температуры. Чем массивнее центральный объект, тем экстремальнее условия на внутренней границе аккреционного диска.
За исключением гравитационного линзирования, все видимые проявления черных дыр и нейтронных звезд — на самом деле, отчасти или полностью проявления эффектов, возникающих в результате взаимодействий вещества, падающего на компактный объект. Таковы как минимум квазары с блазарами и пульсары. Со свечением внутренней части аккреционного диска в разных диапазонах электромагнитного излучения картина более-менее понятная: вещество разогрето сжатием до состояния плазмы, поэтому оно испускает инфракрасное, видимое, рентгеновское и радиоизлучение.
Но с джетами ситуация иная. Они представляют собой невероятно быстрые и горячие потоки плазмы, направленные перпендикулярно плоскости аккреционного диска. Все наблюдения релятивистских струй говорят о том, что их источником выступают едва ли не самые энергетически интенсивные процессы во Вселенной.
Но что именно происходит с веществом в условиях на внутренней границе аккреционного диска — мы не знаем. Физика плазмы и без экстремальных случаев — сложнейшая область науки. Что уж говорить об окрестностях компактных объектов, где сама фундаментальная ткань Вселенной искажается.
Построить хорошо согласующуюся с эмпирическими данными теорию возникновения джетов не получается уже более 100 лет. Наиболее проработанные модели подразумевают комбинацию нескольких эффектов. Часть энергии вращающейся черной дыры или нейтронной звезды передается материи аккреционного диска за счет эффекта Лензе — Тирринга (Увлечения инерциальных систем отсчета). Если вещество вращается вокруг компактного объекта в ту же сторону, что и он, то оно ускоряется — и наоборот. Поскольку ускорение приводит к «подъему» орбиты, часть вещества может менять траекторию и в конце концов формировать струю, перпендикулярную аккреционному диску.
Это называется процессом Пенроуза. Второй механизм, отвечающий за формирование джетов, — процесс Блэнфорда — Знаека. Взаимодействие магнитных полей вокруг компактного объекта с магнитными полями в плазме аккреционного диска и его веществом приводит к ускорению заряженных частиц (компонентов плазмы) по линиям превалирующего магнитного поля. Как правило, это влечет выброс части вещества в регионы над магнитными полюсами черной дыры или нейтронной звезды, где вещество получает дополнительную энергию во время рекомбинации магнитных линий.
Наблюдать такие процессы в экспериментах или в природе непросто. Тем удивительнее, что недавно сразу два научных коллектива провели опыты, имитирующие условия, очень похожие на таковые во внутренних регионах аккреционного диска вокруг компактного объекта.
Сотрудники Сорбоннского (Франция), Принстонского, Мичиганского и Калифорнийского университетов (США) работали над усовершенствованием метода протонной радиографии плазмы в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Эта технология важна для исследования кратковременных процессов в высокоэнергетической плазме — такой, которая встречается при термоядерных взрывах и необходима для работы перспективных термоядерных реакторов.
В целом основное направление деятельности PPPL и заключается в совершенствовании подобных методик. Обнаружение процессов формирования джетов оказалось приятным сюрпризом.
Дело в том, что увеличившееся разрешение протонной радиографии позволило впервые увидеть давно предсказанные магнитные неустойчивости Рэлея — Тейлора в плазме. Это явление (без эпитета «магнитный») обуславливает вымеобразные облака, «грибы» при ядерных и мощных конвенциональных взрывах, а также вихреподобное распределение молока в чашке кофе. Для плазмы в магнитном поле такая неустойчивость теоретически очевидна, но экспериментально ее наблюдать не удавалось.
Процесс выглядит следующим образом. При нагреве плазма накапливает энергию и, если находится во внешнем магнитном поле, начинает «распирать» его линии. Образующийся пузырь нестабилен и при малейшем возмущении лопается.
Плазма теряет энергию, отдавая ее магнитному полю, линии которого рекомбинируют. В результате их распрямления энергия высвобождается и передается обратно заряженным частицам — компонентам плазмы, но уже в другом направлении. Итоговая картина слишком похожа на то, как могут выглядеть процессы формирования джетов, чтобы ее игнорировать.
Авторы научной работы, опубликованной в рецензируемом журнале Physical Review Research, считают, что их эксперимент можно использовать в качестве основы для изучения природы релятивистских струй. В дальнейшем они планируют усовершенствовать модели поведения плазмы в экстремальных условиях и продолжить опыты с обновленной методикой протонной радиографии непосредственно для дальнейших симуляций джетов.
Парой недель ранее работающая на исследовательском комплексе ЦЕРН HiRadMat коллаборация Fireball сообщила, что в серии экспериментов удалось впервые получить электрон-позитронную плазму. Описывающая все тонкости достижения научная работа опубликована в рецензируемом журнале Nature Communications.
Электрон-позитронная плазма возникает в особо экстремальных условиях, которые могут формироваться, например, на внутренних участках аккреционных дисков — как раз в тех регионах, где начинают формироваться джеты. И поведение вещества в столь редкой форме радикально отличается от «обычной» ион-электронной плазмы. Теперь есть экспериментальная возможность проверить существующие модели, что обещает стать большим прорывом в изучении самых высокоэнергетических событий Вселенной.
Telegram 
Дзен 
VK Единственная генетическая замена в иммунном белке сделала человека более уязвимым к раку по сравнению с приматами. Эта мутация позволила опухолям отключать важный механизм защиты иммунной системы, что объяснило неэффективность некоторых видов иммунотерапии. Зная это, получится сделать лечение солидных опухолей эффективнее.
Сегодня в России для выработки электроэнергии эксплуатируется более 300 газотурбинных электростанций. Такие станции, например, как ГТЭС-25П, при сжигании ископаемого топлива выделяют колоссальное количество углекислого газа. Его повышенные концентрации в атмосфере вызывают парниковый эффект и приводят к глобальному потеплению. Ежегодные выбросы одной такой электростанции составляют 1,3 миллионов тонн, а суммарно по стране — почти 400. Поэтому остро стоит вопрос внедрения новых мероприятий и технологий для решения этой проблемы. Ученые Пермского Политеха предложили перспективный способ снижения углеродного следа при эксплуатации газотурбинных электростанций. Подход позволит на 45% сократить вредные выбросы и в тоже время получить полезный химический продукт — диметиловый эфир.
Ученые ТУСУР разработали уникальную систему, которая позволяет точно определять расстояние до объектов сквозь туман, дым и даже под водой. Эта технология, уже запатентованная исследователями, может стать основой для систем навигации беспилотников, помощи водителям в сложных погодных условиях и даже использоваться спасателями при тушении пожаров. В отличие от существующих аналогов, новая система обеспечивает высокую детализацию и скорость построения карты глубин даже при плохой видимости.
Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.
Исследование НовГУ показало, что атлетическая гимнастика — один из самых эффективных способов борьбы с ожирением, в отличие, например, от бега. Тренировки с отягощениями не только помогают сжечь жир, но и укреплять мышцы, при этом щадя суставы и сердечно-сосудистую систему. Назван и оптимальный комплекс упражнений для таких людей: три силовые тренировки в неделю по 40–90 минут.
Новое исследование показало, что учащиеся вузов с более выраженными чертами нарциссизма, макиавеллизма, психопатии, а также материализма могут быть сильнее предрасположены к академическому обману и злоупотреблению нейросетями при выполнении учебных заданий.
Радиотелескопы уловили очень короткий сигнал, и по его характеристикам стало ясно, что он не может быть естественного происхождения. Астрономы пришли к выводу, что источник находился в околоземном пространстве — там, где уже более полувека летает «мертвый» аппарат NASA.
Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.
Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии