Tin tức Deeper

Một lý thuyết mới về cách các lỗ đen và sao neutron tỏa sáng

Ngày:
Th11 28, 2019
Tóm lược:

Các nhà vật lý thiên văn đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính khổng lồ để tính toán các cơ chế tăng tốc các hạt tích điện trong môi trường khắc nghiệt. Họ kết luận năng lượng của họ được cung cấp bởi sự tương tác của chuyển động hỗn loạn và kết nối lại từ trường siêu mạnh.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Ngôi sao neutron quay nhanh được nhúng vào trung tâm của tinh vân Crab là máy phát điện cung cấp năng lượng cho ánh sáng xanh mờ bên trong của tinh vân. Ánh sáng xanh phát ra từ các electron xoáy với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng xung quanh các đường sức từ của sao neutron. Ngôi sao neutron, lõi cực kỳ dày đặc của ngôi sao phát nổ, giống như một ngọn hải đăng, phóng ra hai chùm bức xạ xuất hiện xung 30 lần một giây.
Hình: NASA, ESA, J. Hester (Đại học bang Arizona)
Ngôi sao neutron quay nhanh được nhúng vào trung tâm của tinh vân Crab là máy phát điện cung cấp năng lượng cho ánh sáng xanh mờ bên trong của tinh vân. Ánh sáng xanh phát ra từ các electron xoáy với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng xung quanh các đường sức từ của sao neutron. Ngôi sao neutron, lõi cực kỳ dày đặc của ngôi sao phát nổ, giống như một ngọn hải đăng, phóng ra hai chùm bức xạ xuất hiện xung 30 lần một giây. Hình: NASA, ESA, J. Hester (Đại học bang Arizona)

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã suy đoán về nguồn gốc của bức xạ điện từ phát ra từ các vùng thiên thể chứa các lỗ đen và sao neutron – những vật thể bí ẩn nhất trong vũ trụ.

Các nhà vật lý thiên văn tin rằng bức xạ năng lượng cao này – làm cho các sao neutron và lỗ đen phát sáng – được tạo ra bởi các electron di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, nhưng quá trình gia tốc các hạt này vẫn còn là một bí ẩn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia đã trình bày một lời giải thích mới cho vật lý làm cơ sở cho sự gia tốc của các hạt năng lượng này.

Trong một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn tháng 12 , các nhà vật lý thiên văn Luca Comisso và Lorenzo Sironi đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính khổng lồ để tính toán các cơ chế tăng tốc các hạt này. Họ kết luận rằng năng lượng của họ là kết quả của sự tương tác giữa chuyển động hỗn loạn và kết nối lại từ trường siêu mạnh.

Sự hỗn loạn và kết nối lại từ tính – một quá trình trong đó các đường sức từ xé và kết nối lại nhanh chóng – kết hợp lại với nhau để tăng tốc các hạt, thúc đẩy chúng đạt vận tốc tiếp cận với tốc độ ánh sáng.

Vùng chứa các lỗ đen và sao neutron được thấm bởi một loại khí cực nóng của các hạt tích điện và các đường sức từ được kéo bởi các chuyển động hỗn loạn của khí, thúc đẩy sự kết nối từ tính mạnh mẽ. Nhờ vào điện trường gây ra bởi sự kết nối lại và nhiễu loạn mà các hạt được gia tốc đến những năng lượng cực đoan nhất, cao hơn nhiều so với các máy gia tốc mạnh nhất trên Trái đất, như Máy va chạm Hadron lớn ở CERN.

Khi nghiên cứu khí hỗn loạn, các nhà khoa học không thể dự đoán chính xác chuyển động hỗn loạn. Đối phó với toán học về nhiễu loạn là khó khăn và nó tạo thành một trong bảy vấn đề toán học “Giải thưởng thiên niên kỷ”. Để giải quyết thách thức này từ quan điểm vật lý thiên văn, Comisso và Sironi đã thiết kế các mô phỏng siêu máy tính mở rộng – trong số các mô hình lớn nhất thế giới từng được thực hiện trong khu vực nghiên cứu này – để giải quyết các phương trình mô tả sự nhiễu loạn trong khí của các hạt tích điện.

Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật chính xác nhất – phương pháp hạt trong tế bào – để tính toán quỹ đạo của hàng trăm tỷ hạt tích điện tự quyết định trường điện từ. Và đây là trường điện từ cho chúng biết cách di chuyển.

Sironi nói rằng điểm quan trọng của nghiên cứu là xác định vai trò kết nối lại từ tính trong môi trường hỗn loạn. Các mô phỏng cho thấy kết nối lại là cơ chế chính chọn các hạt sẽ được gia tốc sau đó bằng từ trường hỗn loạn lên đến năng lượng cao nhất.

Các mô phỏng cũng tiết lộ rằng các hạt thu được phần lớn năng lượng của chúng bằng cách nảy ngẫu nhiên ở tốc độ cực cao khỏi sự dao động của nhiễu loạn. Khi từ trường mạnh, cơ chế gia tốc này rất nhanh. Nhưng các trường mạnh cũng buộc các hạt di chuyển trên một đường cong và bằng cách đó, chúng phát ra bức xạ điện từ.

Đây thực sự là bức xạ phát ra xung quanh các lỗ đen và sao neutron làm cho chúng tỏa sáng, một hiện tượng chúng ta có thể quan sát được trên Trái đất. 

Mục tiêu cuối cùng với các nhà thiên văn học là tìm hiểu những gì đang thực sự xảy ra trong môi trường khắc nghiệt xung quanh các lỗ đen và sao neutron để có thể làm sáng tỏ thêm về vật lý cơ bản và cải thiện hiểu biết về cách thức Vũ trụ của chúng ta hoạt động.

Họ dự định kết nối công việc của mình chặt chẽ hơn với các quan sát bằng cách so sánh dự đoán của họ với phổ điện từ phát ra từ Tinh vân Con cua, phần còn lại được nghiên cứu mạnh mẽ nhất của siêu tân tinh (một ngôi sao phát nổ dữ dội vào năm 1054). Đây sẽ là một bài kiểm tra nghiêm ngặt cho lời giải thích lý thuyết của họ.

Comisso nói: “Chúng tôi đã tìm ra một mối liên hệ quan trọng giữa nhiễu loạn và kết nối lại từ tính để gia tốc các hạt, nhưng vẫn còn quá nhiều việc phải làm. Những tiến bộ trong lĩnh vực nghiên cứu này hiếm khi là sự đóng góp của một số ít các nhà khoa học, nhưng chúng là kết quả của một nỗ lực hợp tác lớn.

Các nhà nghiên cứu khác, chẳng hạn như nhóm Vật lý thiên văn Plasma tại Đại học Colorado Boulder đang có những đóng góp quan trọng theo hướng này.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Vutru.tv . Bản gốc được viết bởi Carla Cantor. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Luca Comisso, Lorenzo Sironi. Sự tương tác của nhiễu loạn thống trị từ tính và kết nối từ tính trong sản xuất các hạt không nhiễm khuẩn . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2019; 886 (2): 122 DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab4c33

Bài viết liên quan

Bài viết khác