Fisikawan Menemukan Plasma Lubang Hitam di Laboratorium

 

Lubang hitam adalah rakus: Mereka memakan sejumlah besar materi dari awan gas atau bintang di lingkungan mereka. Sebagai yang masuk "makanan" spiral lebih cepat dan lebih cepat ke dalam jurang, menjadi lebih padat dan padat, dan memanaskan hingga suhu jutaan derajat Celcius. Sebelum hal itu akhirnya hilang, itu sangat intens memancarkan sinar-X ke ruang angkasa. Ini "menangis terakhir" berasal dari besi, salah satu unsur yang terkandung dalam hal ini. Peneliti di Institut Max Planck untuk Fisika Nuklir di Heidelberg telah berkolaborasi dengan rekan-rekannya di Zentrum Helmholtz Berlin dan menggunakan Bessy II sinkrotron sumber sinar-X untuk menyelidiki apa yang terjadi dalam proses ini

Dalam rangka memahami sifat lubang hitam, yang terbaik adalah melihat mereka makan. Bagian yang paling menarik adalah sebelum masalah itu menghilang di balik cakrawala peristiwa - yaitu, jarak di mana daya tarik massa lubang hitam menjadi begitu kuat sehingga bahkan cahaya tidak dapat melarikan diri. Proses turbulen menghasilkan sinar-X, yang pada gilirannya merangsang berbagai unsur kimia dalam awan materi untuk memancarkan sinar-X diri dengan garis karakteristik ("warna"). Analisis garis memberikan informasi tentang kecepatan, kepadatan dan komposisi plasma dekat cakrawala peristiwa.Selama proses besi memainkan peranan penting. Meskipun tidak berlimpah di alam semesta sebagai elemen ringan - terutama hidrogen dan helium - itu jauh lebih baik dan reemitting menyerap sinar-X. Foton dipancarkan demikian juga memiliki energi yang lebih tinggi, masing-masing panjang gelombang lebih pendek (sebuah "warna" berbeda), dibandingkan dengan atom lebih ringan.Oleh karena itu mereka meninggalkan sidik jari jelas dalam pelangi yang tersebar radiasi: dalam spektrum mereka menampakkan diri mereka sebagai garis yang kuat. Garis K-alfa disebut besi adalah tanda tangan terlihat spektral akhir materi, "menangis terakhir" nya, sebelum menghilang di balik cakrawala peristiwa lubang hitam, tidak pernah terlihat lagi.Sinar-X yang dipancarkan juga diserap ketika mereka melalui media di sekitar lubang hitam pada jarak yang lebih besar. Dan di sini besi lagi meninggalkan sidik jari yang jelas dalam spektrum. radiasi ionises beberapa kali atom dan photoionisation disebut biasanya strip jauh lebih dari setengah dari 26 elektron yang biasanya mengandung atom besi. Ini menghasilkan ion dengan negara muatan positif yang sesuai dengan jumlah elektron dilucuti. Hasil akhirnya adalah sangat dituntut ion dihasilkan tidak oleh tabrakan tetapi dengan radiasi.Justru proses ini, yang stripping elektron jauh dari ion sangat dituntut oleh insiden-sinar X, yang peneliti di Institut Max Planck untuk Fisika Nuklir telah diperbanyak di laboratorium bekerja sama dengan rekan-rekannya di Bessy II - yang sinkrotron Berlin X-ray sumber. Inti dari penelitian ini adalah elektron EBIT berkas ion trap dirancang pada institut Max-Planck. Di dalam perangkap, atom besi dipanaskan dengan bantuan dari sebuah berkas elektron yang kuat karena mereka akan jauh di dalam matahari atau, seperti dalam kasus ini, di sekitar lubang hitam

Simak

Baca secara fonetik

Dalam kondisi seperti itu, ada besi, misalnya, sebagai ion Fe14 +, terionisasi empat belas kali seolah-olah. Hasil penelitian sebagai berikut: Sebuah awan ion ini, hanya beberapa sentimeter panjang dan tipis seperti sehelai rambut, disimpan ditangguhkan dalam vakum ultra-tinggi dengan bantuan medan magnet dan listrik. X-sinar dari sinkrotron kemudian berdampak pada awan ini; energi foton dari sinar-X dipilih oleh sebuah "monokromator" dengan presisi ekstrim dan diarahkan ke ion sebagai balok, tipis terfokus.

Garis-garis spektral yang diukur dalam percobaan ini dapat langsung dan mudah dibandingkan dengan pengamatan terbaru yang dibuat oleh observatorium sinar-X, seperti Chandra dan XMM-Newton. Ternyata bahwa sebagian besar metode perhitungan teoritis yang digunakan tidak memprediksi posisi garis cukup akurat. Ini adalah masalah besar bagi astrofisikawan, karena tanpa pengetahuan yang akurat dari panjang gelombang tidak ada penentuan akurat dari efek Doppler apa yang disebut baris.

Efek Doppler menjelaskan perubahan frekuensi (energi atau panjang gelombang) dari cahaya yang dipancarkan sebagai fungsi dari kecepatan sumber (ion-ion dalam plasma.). Siapapun yang mendengarkan sirene dari ambulans lewat pengalaman fenomena ini: selama pendekatan kendaraan, nada suara yang dirasakan lebih tinggi, seperti bergerak menjauh, itu lebih rendah. Jika frekuensi dalam sistem diam dikenal (ambulans stasioner), pengukuran lapangan memungkinkan untuk menentukan kecepatan dari sumber - dalam astronomi ini adalah plasma.

Hal ini menyebabkan para ilmuwan bingung atas interpretasi dari NGC 3783, salah satu inti galaksi aktif yang telah diselidiki untuk waktu yang lama. Bar kesalahan dalam frekuensi dalam bingkai sisanya dihitung dengan bantuan model teoritis yang berbeda menyebabkan ketidakpastian besar seperti di kecepatan berasal dari plasma memancarkan bahwa laporan yang dapat diandalkan tentang arus plasma tidak mungkin lagi.

Laboratorium Pengukuran peneliti Max-Planck Heidelberg berbasis sekarang telah mengidentifikasi satu metode perhitungan teoritis antara beberapa model yang memberikan prediksi yang paling akurat. Mereka juga mencapai resolusi spektral tertinggi hingga saat ini dalam rentang panjang gelombang. Hal itu sebelumnya tidak mungkin untuk eksperimental memeriksa teori yang berbeda dalam rentang energi dengan akurasi tinggi tersebut.

Kombinasi novel perangkap untuk ion sangat dituntut dan sumber radiasi sinkrotron cerah sehingga merupakan sebuah langkah penting dan pendekatan baru untuk memahami fisika dalam plasma sekitar lubang hitam atau inti galaksi aktif. Para peneliti mengharapkan kombinasi spektroskopi EBIT dan terang X-ray sumber yang ketiga (III PETRA di DESY) dan generasi keempat (laser elektron bebas XFEL, Hamburg / Jerman; LCLS, Stanford, AS; SCSS, Tsukuba, Jepang ) untuk membawa dorongan segar untuk bidang ini.

Informasi lebih lanjut: Physical Review Letters, Vol. 105, p. 183.001, Oktober