Monster röntgenapparaat ontploffing zwart gat theorie

Anonim

Monster röntgenapparaat ontploffing zwart gat theorie

Fysica

Michael Franco

31 augustus 2017

De Z-machine in Sandia National Laboratories zorgt voor enorme uitbarstingen van energie met minder stroomverbruik dan het zou duren om 100 huizen een paar minuten licht te maken (Credit: Randy Montoya / Sandia Labs, CC2.0)

Er is bliksem in Albuquerque, New Mexico. Maar in tegenstelling tot het soort dat tussen hemel en aarde schiet, vindt deze bliksem plaats binnen de Z-machine in Sandia National Laboratories. De bliksem gemaakt binnen dit wonder van techniek draagt ​​meer dan 1.000 keer de elektriciteit van een gewone bout, en is 20.000 keer sneller - zo snel zelfs dat de afgegeven puls zo snel ging als van Los Angeles naar New York in lichtjes minder dan een seconde. De machine produceert ook intense röntgenstralen, en onderzoekers hebben zojuist dit onderdeel van het vermogen gebruikt om een ​​lang gekoesterde theorie over zwarte gaten op te schudden.

De Z-machine is 's werelds krachtigste bron van laboratoriumstraling. Het wordt gebruikt om te bestuderen hoe materialen onder extreme omstandigheden werken (het kan bijvoorbeeld diamanten smelten) om fusie-experimenten uit te voeren en simulaties uit te voeren van wat er gebeurt tijdens een nucleaire explosie. In een recent onderzoek gebruikten onderzoekers de machine echter om de röntgenstralen die zwarte gaten omringen te dupliceren. Dergelijke röntgenstralen worden uitgezonden door de grote donkere leegten wanneer het gas dat hen omringt in wat bekendstaat als de aanwasschijf wordt verhit tot ongelooflijk hoge temperaturen voordat ze worden aangezogen door de gigantische zwaartekracht van het gat.

Omdat zwarte gaten niet direct kunnen worden bestudeerd vanwege hun verwarrende gewoonte om alles te verslinden - inclusief energie - is het beste wat we kunnen doen bestudering van wat bekend staat als röntgenspectra (de golflengten van energie die in de röntgenstraling wordt geproduceerd) band van het elektromagnetisch spectrum) in hun aanwasschijven gecreëerd door het oververhitte gas bekend als plasma.

"Er is veel informatie in spectra.Ze kunnen vele vormen hebben, " zei NASA-astrofysicus Tim Kallman, een co-auteur van de studie. "Gloeilamp-lichtspectra zijn saai, ze hebben pieken in het gele deel van hun spectra. De zwarte gaten zijn interessanter, met hobbels en wiggles in verschillende delen van de spectra. Als je die bultjes en kronkels kunt interpreteren, weet je hoe veel gas, hoe heet, hoe geïoniseerd en in welke mate, en hoeveel verschillende elementen aanwezig zijn in de aanwasschijf. "

In hun studie verbeterden de onderzoekers een theorie over ionen in de aanwasschijven van een zwart gat.

Ongeveer 20 jaar lang werd gedacht dat ijzerionen aanwezig waren in deze aanwasschijven, zelfs als geen spectrale lijnen zichtbaar waren. De gedachte was dat deze ionen werden afgeschoren van hun atomen dankzij de enorme zwaartekracht en de straling die uit een zwart gat kwam. Dit is anders dan wat een ion normaal zou doen - naar een lagere energietoestand dalen door fotonen uit te zenden. Dus zelfs als astronomen de fotonen van de ionen niet konden zien, dachten ze dat ze er nog steeds waren.

Maar in de Sandia-studie dienden de onderzoekers een dubbeltje silicium in bij de krachtige röntgenstralen van de Z-machine. Silicium werd gekozen voor de studie omdat het een van de meest voorkomende elementen in het universum is. Het siliciumonderzoek onthulde echter dat als er geen fotonen waren, er geen ionen waren, een bevinding die de manier waarop we zwarte gaten meten jarenlang dramatisch beïnvloeden.

"Als we naar het zwarte gat kunnen gaan en een schep van de aanwasschijf kunnen nemen en het in het lab kunnen analyseren, zou dat de meest bruikbare manier zijn om te weten waar de accretieschijf van gemaakt is, " zei Sandia-onderzoeker en hoofdauteur Guillaume Loisel. "Maar omdat we dat niet kunnen doen, proberen we geteste gegevens te leveren voor astrofysische modellen. "

Die modellen zullen nu moeten veranderen, zegt Loisel, omdat wat in die theoretische "scoops " verschilt van wat we de afgelopen twintig jaar geloofden - kortom, de hypothetische ijzerionen zijn gewoon niet aanwezig .

"Ons onderzoek suggereert dat het nodig zal zijn om veel wetenschappelijke artikelen die in de afgelopen 20 jaar zijn gepubliceerd te herwerken, " zei hij. "Onze resultaten uitdagen modellen die worden gebruikt om af te leiden hoe snel zwarte gaten materie slikken van hun metgezel.We zijn optimistisch dat astrofysici zullen toepassen welke wijzigingen nodig zijn. "

Het werk van het team is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters .

Bron: Sandia National Laboratories

De Z-machine in Sandia National Laboratories zorgt voor enorme uitbarstingen van energie met minder stroomverbruik dan het zou duren om 100 huizen een paar minuten licht te maken (Credit: Randy Montoya / Sandia Labs, CC2.0)