一項使用質子束來探測等離子體和磁場如何相互作用的實驗可能剛剛解決了類星體和其他活躍的超大質量黑洞如何釋放相對論性噴流的謎團。
讓我們想像一下類星體中心的場景。一個超大品質的 黑洞，也許是我們質量的數億甚至數十億倍 太陽，正在貪婪地吞噬從螺旋狀超熱圓盤流入其胃中的物質。這種帶電物質被稱為等離子體，它會被引力吸引到黑洞周圍——然而，並不是所有由電離或帶電原子失去電子而形成的等離子體都會被黑洞吞噬。事實上，黑洞吞噬的東西比它能咀嚼的要多，而且在等離子體到達任何地方之前，一些等離子體會被黑洞強大的磁場準直的噴流噴出。 靠近 事件視界，基本上就是一條不歸路。
這些噴射機可以延伸數千米 光年 進入太空。然而，科學家一直未能解釋噴流底部（噴流形成的地方）發生的物理現象。
答案可能來自新澤西州普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的研究人員，他們對稱為質子射線照相的等離子體測量技術進行了改進。
在實驗中，研究人員首先透過向塑膠目標發射脈衝 20 焦耳雷射光束來產生高能量密度等離子體。然後，他們使用強大的雷射在充滿氘和氦 3 的燃料艙中引發核融合。聚變反應釋放出質子和 X 射線。
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然後這些質子和 X 射線穿過充滿小孔的鎳網。將格子想像成一個過濾義大利麵的漏勺；它將質子拉成許多離散的束，然後可以測量膨脹的等離子體羽流如何與背景磁場相互作用。由於質子帶電，因此它們在受到等離子體衝擊時會沿著磁場線運動。 X 射線爆發起到了檢查的作用——因為 X 射線乾淨地穿過網格和磁場，它們提供了未失真的等離子體圖像，以便與質子束測量進行比較。
「我們的實驗是獨一無二的，因為我們可以直接看到磁場隨時間的變化，」該實驗的首席研究員威爾福克斯在一份報告中說。 陳述。 “我們可以直接觀察場如何在拔河比賽中被推出並對等離子體做出反應。”
他們詳細觀察了磁場在膨脹等離子體的壓力下向外彎曲，等離子體沿著磁場線晃動。等離子體的這種鼓泡和起泡被稱為磁瑞利泰勒不穩定性，它在磁場中產生了看起來像漩渦和蘑菇的形狀。至關重要的是，隨著等離子體能量的減少，磁場線能夠恢復。這將等離子體壓縮成筆直、狹窄的柱體，與類星體的相對論性噴流沒有什麼不同。
「當我們進行實驗並分析數據時，我們發現我們有一些大東西，」PPPL 的索菲亞馬爾科說。 「長期以來，人們一直認為等離子體和磁場相互作用引起的磁瑞利泰勒不穩定性會發生，但直到現在才被直接觀察到。這一觀察有助於證實，當膨脹的等離子體遇到磁場時，就會發生這種不穩定性。
該實驗有力地表明，類星體噴流的產生要歸功於這種磁場對膨脹等離子體的反應。如果結果是活躍黑洞周圍發生的情況的快照，那就意味著在黑洞的吸積盤中，條件變得如此強烈，以至於吸積盤中的等離子體能夠推動緊密堆積的磁力線，然後彈回並將等離子體推入狹窄的柱體，幾乎將其從黑洞中噴射出來。如果屬實，這可能是我們關於活躍黑洞如何運作的圖像中一個巨大的缺失。
馬爾科說：“既然我們已經非常準確地測量了這些不穩定性，我們就擁有了改進模型所需的信息，並有可能比以前更高程度地模擬和理解天體物理噴流。” “有趣的是，人類可以在通常存在於太空中的實驗室中製造一些東西。”
研究結果發表在 6 月 27 日的期刊上 物理評論研究。
原發表於 太空網。
