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Jun. 02 2023

實驗室重建黑洞周圍的吸積盤

  • 實驗裝置的示意圖(左)及顯示了旋轉的等離子體環和製造它的八個等離子體束(右)。(Pic Valenzuela-Villaseca)

    實驗裝置的示意圖(左)及顯示了旋轉的等離子體環和製造它的八個等離子體束(右)。(Pic Valenzuela-Villaseca)

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英國倫敦帝國理工學院的研究人員在實驗室中創建了一個旋轉的等離子體圓盤(Disk of Plasma),可模擬在黑洞周圍發現的吸積盤和形成中的恆星。該實驗能更準確模擬在這些等離子體圓盤中發生的情況,可幫助研究人員發現黑洞是如何形成,以及塌縮的物質是如何形成恆星。

當物質接近黑洞時,它被加熱,成為等離子體,又稱為電漿,是一種由帶電離子和自由電子組成的第四種物質狀態,它開始旋轉後形成一個稱為吸積盤的結構。旋轉導致離心力將等離子體向外推,而黑洞的引力則將其拉入,從而達到平衡。

這些圍繞軌道運行的等離子體的發光環存在一個問題:如果物質被困在軌道上而不是落入黑洞中,黑洞將如何生長?主流理論認為,等離子體中磁場的不穩定性會導致摩擦,使其失去能量並掉入黑洞。

現在,帝國理工學院的研究人員利用他們的百萬安培等離子體內爆實驗機(MAGPIE),能更準確模擬吸積盤中的旋轉等離子體。本研究已發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

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研究小組利用MAGPIE實驗機加速八個等離子體噴流,並將其碰撞,形成一個旋轉柱。他們發現,越靠近旋轉環的內側,移動速度越快,這是宇宙中吸積盤的一個重要特徵。第一作者維森特.瓦倫瑞拉-維拉瑟卡(Vicente Valenzuela-Villaseca)博士提到,我們才剛剛開始能夠以全新的方式觀察這些吸積盤,其中包括我們用事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope)進行的實驗和黑洞快照,這些可用來測試我們的理論,看看是否與天文觀測相符。

 

資料來源:Phys.org

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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