Wetenschappers van Imperial College London hebben in het laboratorium een roterende plasmaschijf gemaakt. Het was een simulatie van de accretieschijven die er in de buurt te vinden zijn zwarte gaten en sterren vormen. Het experiment modelleert nauwkeuriger wat er in deze schijven gebeurt en kan onderzoekers mogelijk helpen erachter te komen hoe zwarte gaten groeien en hoe instortende materie sterren vormt.
Naarmate materie zwarte gaten nadert, warmt het op en begint het te draaien, waardoor een structuur ontstaat die we noemen accretie schijf. De rotatie veroorzaakt een middelpuntvliedende kracht die het plasma naar buiten duwt, die wordt gecompenseerd door de zwaartekracht van het zwarte gat die het naar binnen trekt.
Deze gloeiende ringen riepen enkele vragen op. Hoe groeit bijvoorbeeld een zwart gat als er geen materiaal in valt, maar voorwaardelijk in een baan om de aarde blijft? De leidende theorie is dat de instabiliteit van de magnetische velden in het plasma wrijving veroorzaakt, waardoor het energie verliest en in een zwart gat valt.
De belangrijkste manier om deze theorie te testen, was door vloeibare metalen te gebruiken die konden worden gesponnen en vervolgens te observeren wat er gebeurde onder invloed van magnetische velden. Omdat de metalen echter in de buizen moeten zitten, zijn ze geen echte weerspiegeling van het plasma. Dus wetenschappers van het Imperial College gebruikten een machine genaamd de Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) om het plasma te laten draaien en de accretieschijf nauwkeuriger te recreëren.
"Begrijpen hoe accretieschijven zich gedragen, zal ons niet alleen helpen begrijpen hoe zwarte gaten groeien, maar ook hoe gaswolken instorten om sterren te vormen, en zelfs hoe we onze eigen sterren kunnen creëren door de stabiliteit van plasma in fusie-experimenten te begrijpen ", - ze zeggen wetenschappers
Het team gebruikte de MAGPIE-faciliteit om acht plasmajets te versnellen en ze te laten botsen om een roterende kolom te vormen. De wetenschappers ontdekten dat hoe dichter bij het midden, hoe sneller de spiraalvormige ring beweegt, wat een belangrijk kenmerk is van accretieschijven.
MAGPIE produceert korte pulsen plasma, waardoor er maar één omwenteling van de schijf mogelijk is. Dit proof-of-concept-experiment laat echter zien hoe het aantal omwentelingen kan worden verhoogd met langere pulsen om de eigenschappen van de schijf beter te kunnen beschrijven. Als het experiment langer zou duren, zou het ook mogelijk zijn om magnetische velden toe te passen en hun effect op wrijving te controleren.
"We zijn net begonnen met het bestuderen van deze accretieschijven op geheel nieuwe manieren, waaronder onze experimenten en afbeeldingen van zwarte gaten met de Event Horizon Telescope. Dit stelt ons in staat om onze theorieën te testen en te zien of ze overeenkomen met astronomische waarnemingen", aldus de wetenschappers die aan het experiment werkten.
Lees ook: