ブラックホールは、巨大なエネルギー源であり、星間飛行のためのトンネルでもあるなど、その幻想的な神秘性で人々を魅了しています。これは詳細に研究する必要があり、そのためにはモデリングが適切なアプローチとなります。インペリアル・カレッジ・ロンドンの科学者たちは、ブラックホールの降着円盤をモデル化する実験を立ち上げました。これにより、これらの天体の電力供給を理解し、天文学的な観測と実験の整合性をとることができるようになります。
まず、ブラックホールの周りにある降着円盤は、私たちが観測装置でブラックホールを見ることができるものです。4年前、この現象を利用して、銀河系メシエ87（M87）のブラックホールを初めて直接撮影することができました。画像のオレンジ色のリングは、ブラックホールの周りにある超高温プラズマの円盤で、コンピューターで色分けされたものです。これは、比較的安定した形成物です。物質がブラックホールに降り注ぐと、その過程で気化してプラズマになる。
電子は原子から離れ、原子はイオンになる。そして、そのすべてがブラックホールの周りをものすごいスピードで回り、ブラックホールに落ちる。物質の粒子を外側に押し出す遠心力によって、すべてが一度に落ち込むことはない。これらのプロセスは一般的にバランスが取れており、何百万年、何十億年もの間、多かれ少なかれ安定した状態を保っています。しかしそれでも、物質はブラックホールに落ちてきて、それを餌にする。科学者たちは、この現象がどのように起こるのかを詳しく知っているわけではありません。このプロセスに関する理論や既存のモデルは、非常に近似的なものです。今回の実験は、このような現象の物理を理解する上で重要な、ブラックホールの摂食過程のニュアンスを理解するのに役立ち、また今後も役立つと思われます。
実験は、プラズマ・インプロージョン実験用メガアンペア発生装置（MAGPIE）で行われた。この装置は、最大180万Aという巨大な電流強度のパルスを発生させるもので、この強度の電流が作用物質をイオン化してプラズマ化させる。しかし、電流パルスが非常に短いため、長時間の観測ができないのが欠点です。降着円盤モデルを1回転させるだけで、円盤内のプラズマダイナミクスの全体像を把握するには十分ではありませんでした。
しかし、それでも、このモデルが機能し、実際のブラックホールの降着円盤におけるプラズマ過程の物理をおおむね反映していることを理解するには十分でした。このように、降着円盤の周辺部よりも中心部に近いプラズマの方が速く回転しており、これはブラックホールに関する天文学的観測と一致している。科学者たちは、パルスの持続時間を長くしてモデルをより長く動作させることができるようになると期待しており、ブラックホールの研究をさらに一歩前進させるのに役立つと期待しています。
2023-05-22 06:55:05
著者: Vitalii Babkin