슈퍼 컴퓨터 시뮬레이션의 시각화는 양전자가 회전하는 블랙홀의 이벤트 수평선 근처에서 어떻게 동작하는지 보여줍니다.
(이미지 : © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
블랙홀의 중력은 너무 강해서 너무 가까워지면 빛조차도 빠져 나갈 수 없습니다. 그러나 블랙홀에서 벗어날 수있는 한 가지 방법이 있지만 아 원자 입자 인 경우에만 가능합니다.
블랙홀은 주변 환경에서 물질을 흡수함에 따라 전자와 양전자, 즉 전자의 반물질에 해당하는 고온 플라즈마의 강력한 제트를 분출합니다. 운이 좋게 들어오는 입자가 사건의 지평선에 도달하기 직전 또는 돌아올 수없는 지점에 도달하기 전에 가속되기 시작합니다. 빛의 속도에 가까워지면서이 입자들은 사건의 지평선을 벗어나 블랙홀의 회전축을 따라 바깥쪽으로 튀어 나옵니다.
상대 론적 제트기로 알려진이 거대하고 강력한 입자 스트림은 망원경으로 볼 수있는 빛을 방출합니다. 천문학 자들은 수십 년 동안 제트기를 관찰했지만 탈출 입자가 어떻게 모든 에너지를 얻는 지 정확히 아는 사람은 없습니다. 캘리포니아의 로렌스 버클리 국립 연구소 (LBNL)의 연구원들은 새로운 연구에서이 과정에 대해 새로운 시각을 제시했습니다. [우주에서 가장 이상한 블랙홀]
"블랙홀 회전의 에너지를 어떻게 추출하여 제트를 만들 수 있습니까?" 버클리 랩 (Berkeley Lab)에서 박사후 연구원으로 근무하면서 블랙홀 시뮬레이션을 주도한 카일 파 프리 (Kyle Parfrey)는 성명서에서 밝혔다. "이것은 오랫동안 질문이었습니다." 파 프리는 현재 메릴랜드에있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터의 선임 연구원입니다.
파 프리와 그의 팀은이 질문에 답하기 위해 수십 년 전의 이론을 결합하여 블랙홀의 강력한 중력장에서 에너지를 훔칠 수있는 플라즈마 제트의 구동 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 수퍼 컴퓨터 시뮬레이션을 고안했다. LBNL 관계자는 성명서에서 말했다. 다시 말해, 그들은 블랙홀의 중력이 어떻게 입자들에게 너무 많은 에너지를 제공하여 방출되기 시작하는지 조사했다.
"시뮬레이션은 블랙홀 주변의 전류가 자기장을 형성 제트로 비틀리는 방법을 설명하는 이론을 통합하며, 블랙홀의 리턴 포인트 (이벤트 지평)를 통해 입자가 교차하는 방법을 설명하는 별도의 이론과 함께 제공됩니다. LBNL 관계자는 먼 관측자에게 부정적인 에너지를 전달하고 블랙홀의 전체 회전 에너지를 낮추는 것으로 보인다고 말했다. "이것은 간식을 먹는 것과 같습니다. 칼로리를 섭취하는 대신 칼로리를 잃게됩니다. 블랙홀은 이러한 '음성 에너지'입자가 슬러 핑되어 실제로 질량을 잃습니다."
파 프리는 일반 플라즈마 물리학을 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 융합시키기 위해 두 이론을 결합했다고 말했다. 시뮬레이션은 입자의 가속과 상대 론적 제트에서 나오는 빛뿐만 아니라 양전자와 전자가 처음 생성되는 방식을 설명해야했습니다. 고 에너지 광자 충돌, 감마선과 같은 페어 생산이라고하는이 과정은 빛을 물질로 바꿀 수 있습니다.
연구에 참여하지 않은 컬럼비아 대학의 이론 천체 물리학 연구소의 로버트 펜나 (Robert Penna) 교수 , 저널 "Physical Review Letters"의 관련 "견해"기사를 작성했습니다.
"그러나 Parfrey 등은 흥미롭고 참신한 행동을 발견했다"고 Penna는 말했다. 예를 들어, 그들은 블랙홀에서 멀리 떨어진 관측자에 의해 측정 된 상대적인 에너지가 음의 입자들이 많다는 것을 발견했다.이 입자들이 블랙홀로 떨어지면 블랙홀의 총 에너지가 감소한다.
그러나 하나의 놀라움이있었습니다. 파 프리 박사의 시뮬레이션에 따르면 블랙홀에 흐르는 많은 네거티브 에너지 입자가 "홀에 떨어지면서 추출 된 에너지는 자기장의 권선에 의해 추출 된 에너지와 비슷하다"고 밝혔다. "이러한 예측을 확인하려면 후속 작업이 필요하지만, 네거티브 에너지 입자의 효과가 주장한만큼 강력하면 블랙홀 제트의 방사 스펙트럼에 대한 기대치를 바꿀 수 있습니다."
Parfrey와 그의 팀은 블랙홀의 첫 번째 사진을 찍는 것을 목표로하는 새로운 Event Horizon Telescope와 같은 관측소의 관찰 증거와 시뮬레이션을 비교하여 모델을 더욱 개선 할 계획입니다. LBNL 관계자는 "그들은 또한 블랙홀의 사건 지평 주변에서 유입되는 물질의 흐름을 포함하도록 시뮬레이션의 범위를 넓힐 계획이다"라고 LBNL 관계자는 말했다.
파 프리는“우리는 전체 문제에 대해보다 일관된 그림을 제공하기를 희망한다.
이 연구는 수요일 (1 월 23 일) Physical Review Letters에 발표되었습니다.
