Onderzoekers van het Institute of Laser Engineering aan de Universiteit van Osaka hebben met succes korte, maar extreem krachtige laserstralen om het opnieuw verbinden van het magnetische veld in een plasma te genereren. Dit werk kan leiden tot een completere theorie van röntgenstraling door astronomische objecten zoals zwarte gaten.

Behalve dat ze onderhevig zijn aan extreme zwaartekrachten, materie die wordt verslonden door een zwart gat kan ook worden geteisterd door intense hitte en magnetische velden. Plasma's, een vierde toestand van materie die heter is dan vaste stoffen, vloeistoffen, of gassen, zijn gemaakt van elektrisch geladen protonen en elektronen die te veel energie hebben om neutrale atomen te vormen. In plaats daarvan, ze stuiteren verwoed als reactie op magnetische velden. Binnen een plasma, magnetische herverbinding is een proces waarbij gedraaide magnetische veldlijnen plotseling "klikken" en elkaar opheffen, wat resulteert in de snelle omzetting van magnetische energie in kinetische energie van deeltjes. in sterren, inclusief onze zon, heraansluiting is verantwoordelijk voor een groot deel van de coronale activiteit, zoals zonnevlammen. Door de sterke acceleratie de geladen deeltjes in de accretieschijf van het zwarte gat zenden hun eigen licht uit, meestal in het röntgengebied van het spectrum.

Om het proces dat aanleiding geeft tot de waargenomen röntgenstraling afkomstig van zwarte gaten beter te begrijpen, wetenschappers van de Universiteit van Osaka gebruikten intense laserpulsen om vergelijkbare extreme omstandigheden in het laboratorium te creëren. "We waren in staat om de hoogenergetische versnelling van elektronen en protonen te bestuderen als resultaat van relativistische magnetische herverbinding, " zegt senior auteur Shinsuke Fujioka. "Bijvoorbeeld, de oorsprong van emissie van het beroemde zwarte gat Cygnus X-1, beter kan worden begrepen."

Dit niveau van lichtintensiteit is niet gemakkelijk te verkrijgen, echter. Voor een kort moment, de laser vereiste twee petawatt aan vermogen, gelijk aan duizend keer het elektriciteitsverbruik van de hele wereld. Met de LFEX-laser, het team was in staat om maximale magnetische velden te bereiken met een verbijsterende 2, 000 telsa's. Ter vergelijking, de magnetische velden die door een MRI-machine worden gegenereerd om diagnostische beelden te produceren, zijn meestal ongeveer 3 tesla, en het magnetisch veld van de aarde is een schamele 0,00005 tesla. De deeltjes van het plasma worden zo extreem versneld dat er rekening moet worden gehouden met relativistische effecten.

"Eerder, relativistische magnetische herverbinding kon alleen worden bestudeerd via numerieke simulatie op een supercomputer. Nutsvoorzieningen, het is een experimentele realiteit in een laboratorium met krachtige lasers, " zegt eerste auteur King Fai Farley Law. De onderzoekers geloven dat dit project zal helpen de astrofysische processen op te helderen die kunnen plaatsvinden op plaatsen in het heelal die extreme magnetische velden bevatten.