Международная исследовательская группа, в которую вошли ученые из Университета Осаки (Япония), Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (Россия) и Университета Бордо (Франция), получила плазму, идентичную веществу, которое, как считается, находится возле черных дыр.

Результаты исследования опубликованы в Physical Review E журнал.

Анализ рентгеновского излучения космических объектов - один из важнейших методов астрофизики. По мнению исследователей МИФИ, аккреционные диски черных дыр, состоящие из вещества, которое попадает в дыру и нагревается до состояния плазмы, являются одним из космических источников сильного рентгеновского излучения.

Международная исследовательская группа с участием ученых МИФИ сумела искусственно получить небольшой объем плазмы с характеристиками, идентичными тем, которые были обнаружены в аккреционном диске черной дыры.

«Астрофизика долгое время считалась прерогативой наблюдателей, поскольку казалось довольно трудным повлиять на изучаемые ею явления, а тем более воспроизвести их. Наш эксперимент уникален тем, что параметры полученной плазмы не нуждаются в масштабировании; они соответствуют реальным параметрам аккреционного диска черных дыр тесных двойных систем типа Cygnus X-1 », - отметил доцент Института лазерных и плазменных технологий МИФИ Филипп Корнеев.

По мнению ученых, сильное магнитное поле, индукция которого достигает нескольких тысяч тесла, является ключевым фактором в формировании источников рентгеновского излучения этого типа. Целью эксперимента была проверка метода создания таких магнитных полей в плазме, разработанного совместно учеными Института лазерных и плазменных технологий МИФИ и лабораторией CELIA Университета Бордо.

«Эксперимент показал, что наш метод позволяет не только создавать сверхсильные квазистационарные магнитные поля рекордной величины, но и моделировать состояние возникающей в них плазмы с высокой плотностью энергии материи и электромагнитной энергии, которая является востребованы в современной лабораторной астрофизике », - сказал Филипп Корнеев.

По словам исследователей, метод основан на эффекте отражения мощного лазерного луча вдоль спиралевидной внутренней поверхности цели. В качестве мишени использовался свернутый кусок тонкой фольги диаметром несколько сотен микрон. Лазерный импульс с энергией около 330 Дж и длительностью в одну пикосекунду практически полностью поглощался в полости мишени, создавая релятивистскую плазму и магнитное поле с индукцией более 2000 Тесла.

«Из-за того, что довольно мощный лазер фокусировался на цель за такое короткое время, всего 10-12 секунд, мощность импульса оказалась примерно в 20 раз выше, чем потребляемая мощность всей энергетики Земли. В результате в течение нескольких пикосекунд в объеме на мишени образовывалась плазма с температурой в миллиарды градусов, плотностью 1018 частиц на см3 и вмороженным магнитным полем более 2000 Тесла, что сопоставимо с параметры плазмы в активной области рентгеновских источников », - пояснил Филипп Корнеев.

По словам ученых, полученный объем горячей, сильно намагниченной плазмы был достаточно большим, чтобы иметь основные характеристики полной астрофизической системы. По словам исследователей, этому способствовала геометрия эксперимента: внутри объема плазмы магнитные поля были направлены навстречу друг другу, так что аннигиляция магнитного поля происходила в области контакта противоположных магнитных линий, создавая потоки частиц со скоростью близка к скорости света.

Как пояснили ученые МИФИ, новый метод создания сверхсильных магнитных полей позволит усовершенствовать оборудование для создания направленных пучков частиц, сделав их более точными и мощными. Такие устройства широко используются в экспериментальной науке, медицине и системах безопасности.

В международную исследовательскую группу вошли ученые из Японии (Университет Осаки), Франции (Университет Бордо), Германии и России. Эксперимент проводился на лазерной установке LFEX в Институте лазерной инженерии Университета Осаки (Япония).
Источник