研究人员达成了一项重要里程碑，这一里程碑自1970年代以来吸引了科学家的关注：为黑洞附近发出的X射线辐射提供解释。这种辐射是由与湍流等离子体气体相互作用的磁场的混乱运动产生的。
赫尔辛基大学的研究人员达成了一项重要里程碑，这一里程碑自1970年代以来吸引了科学家的关注：为黑洞附近发出的X射线辐射提供解释。这种辐射是由与湍流等离子体气体相互作用的磁场的混乱运动产生的。
通过广泛的超级计算机模拟，团队建模了辐射如何与环绕黑洞的等离子体和磁场相互作用。他们发现，由于磁场引起的湍流有效地加热了附近的等离子体，导致其辐射。
理解来自吸积盘的X射线辐射
当一颗大质量恒星坍缩成如此密集的质量时，就会形成黑洞，其引力足以防止光逃逸。因此，黑洞不可直接观察；相反，它们只能通过对周围物质的影响进行研究。
已知的大多数黑洞都是双星系统的一部分，伴星逐渐将物质损失给黑洞。这种注入的气体通常在黑洞周围形成明亮的吸积盘，从中发出我们可以观察到的X射线。
自1970年代以来，科学家们一直试图建模这些吸积流产生的辐射。在那段时间，已经认为X射线是由局部气体与磁场之间的相互作用产生的，这与太阳耀斑加热太阳周围环境的方式类似。
“黑洞吸积盘中的耀斑就像太阳耀斑的极端版本，”赫尔辛基大学计算等离子体天体物理研究组的副教授尤纳斯·纳蒂拉解释说，他专注于这种极端等离子体建模。
辐射与等离子体之间的相互作用
模拟显示，黑洞周围的湍流强烈到足以使量子效应显著影响等离子体动态。
在电子-正电子等离子体和光子模拟环境中，X射线辐射可以产生电子-正电子对，这些对可能在相互作用后再次湮灭成辐射。
纳蒂拉指出，电子（带负电）和正电子（带正电）通常不共存，但黑洞附近的高能环境允许这种现象。此外，尽管光子通常不与等离子体相互作用，但黑洞周围光子的极端能量改变了这种动态。
“在日常情况下，我们不会观察到从强烈亮光中出现物质的量子现象，但在黑洞附近，它们是至关重要的，”纳蒂拉坚称。
“我们花了很多年时间将所有量子现象纳入我们的模拟，但从最终的结果来看，这是值得的，”他补充道。
对辐射源的更清晰理解
研究表明，湍流等离子体自然产生从吸积盘检测到的X射线辐射。这是首次模拟揭示黑洞周围的等离子体可以存在于两种不同的平衡状态，这些状态受外部辐射场的影响：一种是透明且凉爽的，而另一种是不透明且炽热的。
“从黑洞吸积盘观察到的X射线变化与这些软态和硬态完全一致，”纳蒂拉指出。
研究结果发表在期刊《自然通讯》上。这项研究代表了第一个考虑辐射与等离子体之间所有关键量子相互作用的等离子体物理模型。它是由纳蒂拉领导的一个项目的一部分，该项目获得了来自欧洲研究委员会的220万欧元初始拨款，旨在探讨等离子体与辐射之间复杂的关系。
