Разгадана космическая тайна: Ученые воссоздали «огненные шары» черных дыр в лаборатории
Международная команда ученых под руководством Оксфордского университета впервые в мире смогла воспроизвести в лаборатории плазменные «огненные шары», аналогичные джетам блазаров. Эксперимент, проведенный на ускорителе Супер протонный синхротрон (SPS) в ЦЕРНе (Женева), ставил целью изучить стабильность струй плазмы, извергаемых сверхмассивными черными дырами.
Результаты этого прорывного исследования, опубликованные в журнале PNAS, могут пролить новый свет на одну из давних загадок Вселенной — природу скрытых магнитных полей и исчезновение высокоэнергетического гамма-излучения.
Блазары — это активные галактические ядра, питаемые сверхмассивными черными дырами, которые выбрасывают узкие, почти светоскоростные струи частиц и излучения в направлении Земли. Эти джеты порождают интенсивное гамма-излучение колоссальной энергии. Однако, путешествуя сквозь межгалактическое пространство, эти лучи сталкиваются с фотонами фонового свечения Вселенной, порождая каскады электрон-позитронных пар. Согласно теории, эти пары, в свою очередь, должны рассеиваться на реликтовом излучении, порождая гамма-лучи меньшей энергии. Но вот парадокс — космические телескопы, такие как спутник «Ферми», не фиксируют их в ожидаемом количестве.
Долгое время у науки было два основных объяснения этому феномену. Согласно первому, электрон-позитронные пары отклоняются слабыми межгалактическими магнитными полями, что уводит вторичное излучение от линии наблюдения с Земли. Вторая гипотеза, рожденная из физики плазмы, предполагала, что сам пучок частиц становится нестабильным, путешествуя через разреженную межгалактическую среду, и рассеивает свою энергию.
Чтобы проверить эти теории, исследователи использовали уникальную установку HiRadMat в ЦЕРНе. Они создали пучок электрон-позитронных пар и направили его через метровую камеру с плазмой, создав точную, хотя и уменьшенную, лабораторную модель каскадного процесса от блазара.
Результат оказался однозначным и неожиданным. Вопреки прогнозам, пучок частиц оставался узким и стабильным, практически не проявляя признаков нестабильности и не генерируя значительных магнитных полей. Экстраполяция на астрофизические масштабы позволяет сделать вывод: плазменные неустойчивости слишком слабы, чтобы объяснить исчезновение гамма-лучей. Это является весомым аргументом в пользу того, что в межгалактической среде существуют слабые магнитные поля, вероятно, реликтовые, сохранившиеся с самых ранних этапов жизни Вселенной.
«Наше исследование демонстрирует, как лабораторные эксперименты помогают преодолеть разрыв между теорией и наблюдениями, углубляя наше понимание астрофизических объектов, — отметил руководитель исследования профессор Джанлука Грегори. — Это также подчеркивает важность сотрудничества между экспериментальными установками по всему миру в стремлении выйти на новые рубежи в изучении экстремальных физических режимов».
Однако это открытие порождает новую, еще более фундаментальную загадку. Ранняя Вселенная считалась чрезвычайно однородной, и до сих пор неясно, как в этой первичной среде могли зародиться такие магнитные поля. По словам ученых, ответ может крыться в новой физике за пределами Стандартной модели. Надежда возлагается на будущие обсерватории, такие как Обсерватория Черенковского телескопа (CTAO), которые предоставят данные более высокого разрешения для проверки этих смелых идей.
«Наш эксперимент открывает новое измерение для исследований на переднем крае науки в ЦЕРНе, — добавил профессор Субир Саркар. — Мы надеемся, что наши впечатляющие результаты пробудят интерес в сообществе физиков плазмы к новым возможностям исследования фундаментальных космических вопросов в стенах наземной лаборатории».
Таким образом, этот эксперимент не только разрешил одну астрофизическую загадку, но и четко обозначил направление для будущих открытий, которое ведет к пониманию самой природы пространства-времени и зарождения космических полей в юной Вселенной.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
