Aktivní galaxie Centaurus A s malebnými polárními výtrysky. Kredit: ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray).

Naše supermasivní černá díra je relativně klidná a tichá. Občas něco slupne, ale většinou to jsou jen malá sousta, po nichž se trochu zakucká. Asi desetina galaxií, označovaných jako aktivní galaxie, má ve svých útrobách o poznání aktivnější supermasivní černou díru. Hltá spoustu hmoty a odpaluje mohutné polární výtrysky hmoty a energie, které se řítí vesmírem rychlostí blízkou rychlosti světla.

Charles Arrowsmith. Kredit: University of Oxford.

Tyto relativistické výtrysky mimo jiné obsahují plazma, které tvoří páry elektronů s jejich antihmotovými protějšky pozitrony. Odborníci se domnívají, že toto relativistické plazma s páry elektronů a pozitronů má významný vliv na černou díru s jejím blízkým okolím. Příslušné mechanismy ale příliš nechápeme. Je obtížné je pozorovat na dálku a neméně obtížné je tyto mechanismy simulovat na počítačích.

Schéma experimentu týmu Fireball. Kredit: University of Rochester Laboratory for Laser Energetics illustration / Heather Palmer.

Charles Arrowsmith z britské University of Oxford a jeho kolegové z mezinárodní výzkumné skupiny s příznačným názvem Fireball použili zařízení HiRadMat (High-Radiation to Materials) v CERNu a jako první vytvořili použitelný relativistický paprsek plazmatu s páry elektronů a pozitronů. Ted bude možné detailněji studovat tento zvláštní typ hmoty v experimentech.

Paprsky s páry elektronů a pozitronů lze vyrobit několika způsoby. Vědci to dělali již dříve. Až doposud se jim ale nepodařilo vytvořit plazma s těmito páry, které by bylo možné studovat. Tým Fireball to dokázal. Jejich postup zahrnoval extrakci tří set miliard protonů ze zařízení Super Proton Synchrotron během jediné nanosekundy a jejich vystřelení do terče z grafitu a tantalu. To spustilo kaskádu interakcí částic, jejímž výsledkem bylo vytvoření značného množství párů elektronů s pozitrony.

Těchto párů bylo více než 10 bilionů, což desetkrát až stokrát převyšuje počet dosažený při předchozích experimentech. Vědci tím poprvé překročili množství, které je potřebné k udržení plazmatu tvořeného zmíněnými exotickými páry.

Jak si pochvaluje vedoucí týmu Gianluca Gregori, rovněž z Oxfordu, s kolegy vlastně v laboratoři reprodukují mikrofyziku extrémních astrofyzikálních fenoménů, které souvisejí s impozantním relativistickými výtrysky černých děr nebo také neutronových hvězd. Na jejich úspěch může navázat další výzkum, který by mohl přispět k pochopení procesů, odehrávajících se v ohromně vzdáleném vesmíru. Tým Fireball teď hodlá zkoumat, jak při interakcích relativistického plazmatu s prostředím vznikají magnetická pole, která urychlují částice ve výtryscích. Je to jedna z největších záhad soudobé astrofyziky.

Video: TeVPA 2017 -- Gianluca Gregori: "Cosmological Magnetic Fields and Particle Acceleration"

Literatura

CERN 13. 6. 2024.

Nature Communications 15: 5029.