Helsingin yliopistossa onnistuttiin mallintamaan mustien aukkojen röntgensäteily

Uusi simulaatio on ensimmäinen plasmafysikaalinen malli, joka sisältää kaikki mustissa aukoissa esiintyvät säteilyn ja plasman kvanttivuorovaikutukset.

Helsingin yliopiston tutkijat ovat mallintaneet supertietokoneilla, miten säteily, plasma ja magneettikentät vuorovaikuttavat mustan aukon ympärillä.

Mallinnuksen mukaan mustien aukkojen plasmapurkaukset ovat niin voimakkaita, että niiden synnyttämät sähkövirrat eivät käyttäydy tavalliseen tapaan vaan niissä ilmenee niin kutsutun kvanttisähködynamiikan ilmiöitä.

Vuorovaikuttaessaan plasman kanssa röntgensäteily saattaa muuttua materiaksi ja antimateriaksi. Törmätessään materia ja antimateria muuttuvat jälleen takaisin säteilyksi.

"Arkielämässä tällaisia kvantti-ilmiöitä, joissa materiaa yhtäkkiä ilmestyisi erittäin kirkkaan valon tilalle, ei tietenkään näe, mutta mustien aukkojen lähellä ilmiöistä tulee erittäin tärkeitä", kertoo Joonas Nättilä Helsingin yliopistosta.

"Meillä kesti vuosia tutkia ja lisätä simulaatioihin kaikki luonnossa esiintyvät kvantti-ilmiöt, mutta lopulta se kannatti."

Simulaatiossa nähtiin myös ensimmäistä kertaa, että mustia aukkoja ympäröivä plasma voi olla kahdessa erilaisessa tasapainotilassa riippuen ulkoisesta säteilykentästä. Toisessa tiloista plasma on kylmää ja säteily matalaenergistä, toisessa kuumaa ja suurenergistä.

"Mustien aukkojen kertymäkiekkojen röntgenhavainnoissa esiintyy juuri samanlaisia kylmän ja kuuman tilan vaihteluita. Tutkimus auttoi meitä varmistamaan, että tilanvaihtelut johtuvat juuri näistä kvantti-ilmiöistä", Nättilä selittää.

Joonas Nättilän tutkimus on julkaistu arvostetussa Nature Communications -lehdessä (englanniksi)