Forskare från Institute of Laser Engineering vid Osaka University har framgångsrikt använt kort, men extremt kraftfulla laserblästringar för att generera magnetfältåteranslutning inuti en plasma. Detta arbete kan leda till en mer komplett teori om röntgenemission från astronomiska föremål som svarta hål.

Förutom att utsättas för extrema gravitationskrafter, materia som förtärs av ett svart hål kan också tömmas av intensiv värme och magnetfält. Plasma, ett fjärde tillstånd av materia varmare än fasta ämnen, vätskor, eller gaser, är gjorda av elektriskt laddade protoner och elektroner som har för mycket energi för att bilda neutrala atomer. Istället, de studsar frenetiskt som svar på magnetfält. Inom en plasma, magnetisk återanslutning är en process där vridna magnetfältlinjer plötsligt "knäpper" och avbryter varandra, vilket resulterar i en snabb omvandling av magnetisk energi till partikel kinetisk energi. I stjärnor, inklusive vår sol, återanslutning är ansvarig för mycket av den koronala aktiviteten, såsom solfacklor. På grund av den starka accelerationen, de laddade partiklarna i det svarta hålets ackretionsskiva avger sitt eget ljus, vanligtvis i röntgenområdet i spektrumet.

För att bättre förstå processen som ger upphov till de observerade röntgenstrålarna som kommer från svarta hål, forskare vid Osaka University använde intensiva laserpulser för att skapa liknande extrema förhållanden på labbet. "Vi kunde studera elektroners och protons acceleration med hög energi som ett resultat av relativistisk magnetisk återanslutning, "säger författaren Shinsuke Fujioka." Till exempel, utsläppets ursprung från det berömda svarta hålet Cygnus X-1, kan förstås bättre. "

Denna ljusintensitetsnivå uppnås inte lätt, dock. För en kort stund, lasern krävde två petawatt effekt, motsvarar tusen gånger elförbrukningen för hela jordklotet. Med LFEX -lasern, laget kunde uppnå toppmagnetiska fält med en häpnadsväckande 2, 000 telsas. För jämförelse, magnetfält som genereras av en MRI -maskin för att producera diagnostiska bilder är vanligtvis cirka 3 teslas, och jordens magnetfält är en ynklig 0,00005 teslas. Plasmapartiklarna accelereras i så extrem grad att relativistiska effekter måste beaktas.

"Tidigare, relativistisk magnetisk återanslutning kunde endast studeras via numerisk simulering på en superdator. Nu, det är en experimentell verklighet i ett laboratorium med kraftfulla lasrar, "säger författaren King Fai Farley Law. Forskarna tror att detta projekt kommer att hjälpa till att belysa de astrofysiska processer som kan hända på platser i universum som innehåller extrema magnetfält.