Плазму из окрестности черной дыры впервые получили в лаборатории

Плазму, идентичную веществу из окрестностей черной дыры, впервые получила международная группа исследователей из Университета Осаки (Япония), Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (Россия) и Университета Бордо (Франция). Результаты опубликованы в журнале Physical Review E.

Анализ рентгеновского излучения космических объектов – один из важнейших методов астрофизики. Одним из космических источников сильного рентгеновского излучения, как объяснили ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ), являются аккреционные диски черных дыр, представляющие собою вещество, падающее на дыру и разогретое до состояния плазмы.

Небольшой объем плазмы с характеристиками, идентичными веществу аккреционного диска черной дыры, впервые удалось воссоздать в лаборатории международной команде ученых, куда входили и специалисты НИЯУ МИФИ.

"Астрофизика долгое время считалась уделом наблюдателей, поскольку повлиять на изучаемые ею явления или тем более воспроизвести их представлялось, мягко говоря, затруднительным. Уникальность нашего эксперимента в том, что параметры полученной плазмы не нужно масштабировать, они соответствуют действительным параметрам плазмы в окрестности чёрной дыры тесных двойных систем типа Лебедь Х-1", – отметил доцент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Филипп Корнеев.

Ключевым фактором образования рентгеновских источников такого типа, по словам ученых, является сильное магнитное поле, индукция которого достигает нескольких тысяч Тесла. Целью эксперимента была проверка метода создания таких магнитных полей в плазме, разработанного совместно учеными Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ и лаборатории CELIA Университета Бордо.

"Опыт показал, что наш метод позволяет не только создавать сверхвысокие квазистационарные магнитные поля рекордной величины, но и моделировать состояние возникающей в них плазмы с высокой плотностью энергии вещества и электромагнитной энергии, что востребовано современной лабораторной астрофизикой", – рассказал Корнеев.

Идея метода, по словам ученых, основана на эффекте отражения мощного лазерного луча вдоль спиралевидной внутренней поверхности мишени. В качестве мишени использовался свернутый кусочек тонкой фольги диаметром несколько сот микрон. Лазерный импульс с энергией около 330 Джоулей и длительностью в одну пикосекунду почти полностью поглотился в полости мишени, создав внутри релятивистскую плазму и магнитное поле индукцией более 2 тысяч Тесла.

"Благодаря тому, что довольно мощный лазер был сфокусирован на мишень при столь малой длительности, всего 10-12 секунды, мощность импульса оказалась примерно в 20 раз больше потребляемой мощности всей энергетики Земли. В результате на несколько пикосекунд в объеме мишени образовалась плазма с температурой в миллиарды градусов, плотностью 1018 частиц на см3 и вмороженным магнитным полем более 2000 Тесла, что соответствует параметрам плазмы в активной области рентгеновских источников", – объяснил Филипп Корнеев.

Полученный объем горячей сильно-замагниченной плазмы был достаточно велик, чтобы обладать важнейшими характеристиками полной астрофизической системы, сообщили ученые. По их словам, этому способствовала геометрия эксперимента: внутри объема плазмы магнитные поля были направлены навстречу друг другу так, что в области соприкосновения встречных магнитных линий происходила аннигиляция магнитного поля, приводящая к возникновению потоков частиц со скоростями, близкими скорости света.

Новый метод создания сверхсильных магнитных полей, как объяснили ученые НИЯУ МИФИ, также позволит в перспективе усовершенствовать технику для создания направленных пучков частиц, сделав ее более точной и мощной. Подобные устройства широко применяются в экспериментальной науке, медицине, системах безопасности.

Исследование было проведено международным коллективом с участием учёных Японии (Osaka University), Франции (University of Bordeaux), Германии и России. Эксперимент проводился на лазерной установке LFEX в Институте Лазерной Инженерии университета г. Осака (Япония).