Un comunicado de prensa del CERN anunció recientemente que el físicosfísicos y los ingenieros miembros de la colaboración Fireball habían logrado reproducir en la Tierra el plasma formado a partir de chorros de partículas cargadas producidos por los agujeros negros de Kerr que giran detrás de los núcleos activos de las galaxias. Estos no eran chorros producidos por mini agujeros negros simplemente sintetizados por colisiones de protones en el LHC como esperábamos producir hace casi 20 años. Se trataba de imitar algunos de los procesos en torno a la agujeros negros supermasivosagujeros negros supermasivoso no, acumulando materia y que están en el origen de los chorros observados durante mucho tiempo por astrofísicosastrofísicoscomo los de la galaxiagalaxia Centauro A (también llamado NGCNGC 5128 y Caldwell 77), un galaxia lenticulargalaxia lenticular ubicado en el constelaciónconstelación del Centauro, o incluso Más desordenado 87Más desordenado 87.
Los miembros de Fireball generaron y estudiaron estos chorros, que se cree que están hechos deelectroneselectrones y ellos antipartículasantipartículasEL positronespositronesutilizando la instalación HiRadMat del Cern, que utiliza haces de protones de alta velocidad energíaenergía acelerado por el Super Proton Synchrotron para este propósito.
HolaRadMat (Alta radiación a los materiales) es una importante instalación europea para ensayos de materiales fundada hace diez años. Puede enviar haces pulsados de alta intensidad, con gran impulso, a una zona de irradiación donde se pueden probar los componentes del acelerador, objetivos de alta potencia y otras muestras de materiales. Para obtener una traducción al francés bastante precisa, haga clic en el rectángulo blanco en la parte inferior derecha. Entonces deberían aparecer los subtítulos en inglés. Luego haz clic en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en “Subtítulos” y finalmente en “Traducir automáticamente”. Elija “francés”. © INFN Multimedia Group, Cern (texto)
Producción de partículas predicha por la electrodinámica cuántica
Más precisamente, el físico Charles Arrowsmith y sus colegas aprovecharon un proceso ya descrito teóricamente en 1934 por Hans Bethe y Walter Heitler. En el presente caso, cálculos similares en el marco de la electrodinámica cuántica al estilo Feynman muestran que al pasar cerca de los núcleos en un objetivo en grafitografito y en tantaliotantalioel campo frena los protones de alta energía electrostáticoelectrostático de estos núcleos y en consecuencia emiten fotonesfotones gama.
También gracias a la presencia de este campo, los fotones gamma suficientemente energéticos se transforman en pares de electrones y positrones. Este tipo de proceso ocurre no sólo con los agujeros negros que acumulan materia, sino también con los púlsares o con rayos cósmicosrayos cósmicos chocando con los núcleos de la alta atmósferaatmósfera en la Tierra, generando una cascada de procesos iterados similares y, en última instancia, dando lugar a lluvias de partículas secundarias en el suelo (Oppenheimer contribuyó a la descripción de la formación de estas lluvias).
En el comunicado de prensa del Cern que acompaña a una publicación en Comunicaciones de la naturaleza de un artículo que se puede encontrar en acceso abierto en arXiv, Charles Arrowsmith explica que el interés del experimento realizado por Fireball es que “ Se cree que los plasmas de electrones y positrones desempeñan un papel fundamental en los chorros. astrofísicaastrofísicapero los simulaciones por computadorasimulaciones por computadora de estos plasmas y estos chorros nunca han sido probados en el laboratorio. Los experimentos de laboratorio son esenciales para validar las simulaciones, porque ciertas simplificaciones de los cálculos, que parecen razonables, pueden alterar considerablemente las conclusiones. “.
Sabías ?
Recordemos que fue el astrónomo estadounidense Heber Curtis quien notó por primera vez en 1918 una curiosa estructura alargada en una fotografía de la galaxia Messier 87, tomada con el telescopio del Observatorio Lick. No podía saber en ese momento que estaba en presencia de un chorro de material que se extendía al menos a 5.000 años luz del agujero negro M87* y que contenía 6.500 millones de masas solares en su núcleo de M87, una galaxia elíptica situada a 55. millones de años luz de la Vía Láctea.
Ya en 1964, los grandes astrofísicos rusos Yakov Zel’dovich e Igor Novikov, independientemente y al mismo tiempo que su colega estadounidense Edwin Salpeter (director de tesis de Hubert Reeves), habían propuesto que los quásares y, más generalmente, los núcleos de las galaxias activas , o agujeros negros supermasivos que acumulan materia; En 1971, Donald Lynden-Bell y Martin Rees incluso propusieron uno en el corazón de la Vía Láctea. Tenemos todas las razones para creer que este es realmente el caso, especialmente desde los descubrimientos de los miembros de la colaboración. Telescopio del horizonte de eventos que, con una red de radiotelescopios a escala terrestre, produjo imágenes que muestran la sombra del horizonte de sucesos de los agujeros negros en rotación M87* y Sgr A*.
En el caso de M87*, lo utilizamos como laboratorio para probar nuestras ideas sobre los agujeros negros de Kerr en rotación, los discos de acreción que los rodean, los fenómenos electrodinámicos y magnetohidrodinámicos de los plasmas en el origen de la emisión de chorros de partículas relativistas. En particular. Éstas son claves para comprender los quásares y su papel en la evolución de las galaxias.
Su colega Gianluca Gregori, coautor del artículo, añade que “ El objetivo principal de estos experimentos es reproducir en el laboratorio la microfísica de fenómenos astrofísicos como los chorros emitidos por los agujeros negros y estrellas de neutronesestrellas de neutrones. Nuestro conocimiento de estos fenómenos proviene casi exclusivamente de observaciones astronómicas y simulaciones por computadora; Solo el telescopiostelescopios Realmente no puedo examinar el físicofísico a escala microscópica y las simulaciones se basan en aproximaciones. Experimentos de laboratorio como este ayudan a vincular los dos métodos. “.
El comunicado del Cern concluye con las declaraciones de Alice Goillot, responsable de las operaciones en la instalación: “ Las experiencias Fireball son una de las últimas incorporaciones a la gama de experiencias de HiRadMat. Esperamos seguir reproduciendo estos raros fenómenos gracias a las propiedades únicas del complejo acelerador del Cern. “.
Mientras tanto, para aquellos que quieran saber más sobre los chorros de agujeros, aquí se repiten algunas explicaciones que Futura ya había dado en un artículo anterior.
Un agujero negro transformado en una dinamo magnética
En cuanto a la teoría hoy mayoritariamente aceptada para explicar la formación de los chorros de los agujeros negros, su descubrimiento fue realizado en 1977 por dos jóvenes astrofísicos relativistas de la Universidad de Cambridge, Roger Blandford y Roman Znajek. Roger Penrose ya había demostrado a finales de los años 60 que era posible extraer energía ralentizando la rotación de un agujero negro y, por tanto, aprovechando su energía cinética de rotación. Luego, los dos investigadores construyeron un escenario más elaborado que el de Penrose, pero basado en la misma idea.
Roger Blandford nos habla de los agujeros negros supermasivos y sus chorros en este vídeo. Para obtener una traducción al francés bastante precisa, haga clic en el rectángulo blanco en la parte inferior derecha. Entonces deberían aparecer los subtítulos en inglés. Luego haz clic en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en “Subtítulos” y finalmente en “Traducir automáticamente”. Elija “francés”. © Revista Quanta
Es este proceso -llamado Blandford-Znajek- el que será necesario para explicar no sólo la brillobrillo desde cuásarescuásares pero la existencia de chorros de materia a menudo asociados y que pueden detectarse, por ejemplo, cuando se producen dos fuentes de radio en los extremos de estos chorros cuando chocan con el medio intergaláctico.
Hasta hace poco, en gran medida sólo se apoyaba en simulaciones. digitaldigital y cálculos analíticos. Pero, como se explica en un extenso artículo publicado por Revista Quantael famoso y reconocido periódico digital de la Fundación Simons que cubre los últimos avances en física, matemáticas, biología e informática, esta situación está a punto de ser revolucionada por las observaciones delTelescopio del horizonte de eventos con M87*M87*.
El instrumento proporcionó imágenes y mediciones, especialmente en el nivel de polarización de la luzluz emitido por el disco de acrecióndisco de acreción alrededor del agujero negro supermasivo que están en línea con las predicciones del proceso Blandford-Znajek, más precisamente de uno de los dos principales escenarios de acreción estudiados en elcomputadoracomputadora por un momento. Sorprendentemente, no es el que parecía más creíble el que hoy está probado y favorecido por los datos del EHT.
Veamos de qué se trata. Cuando la materia forma un disco de acreción, gira en espiral hacia el cuerpo que lo atrae, girando más rápido cuanto más se acerca. Inicialmente tiene la forma de un gasgaspero este gas es viscoso, lo que significa que debido a las diferencias en velocidadvelocidad entre dos anillos concéntricos de material en el disco habrá fuerzas de fricción que calentarán el gas.
Por tanto, el disco de materia alrededor de un agujero negro se ionizará, Corrientes eléctricasCorrientes eléctricas y los campos magnéticoscampos magnéticos nacerá en el plasma formado. Hay toda una teoría de estos fenómenos en tiempo espacialtiempo espacial curva. Blandford y Znajek lo utilizaron para describir lo que estaba sucediendo debido a las propiedades de la métrica espacio-temporal de Kerr, como dicen los expertos en su jerga.
Alrededor del horizonte esférico del agujero negro existe entonces una zona en forma de elipsoide de rotación llamada ergosfera. Un cuerpo en caída libre radial se verá obligado a tener un componente rotacional adicional al entrar en esta región. Esto también se aplica a las líneas de campo magnético generadas por el disco, de modo que al final todo sucede como si tuviéramos un imánimán en rotación y el equivalente a un dinamodinamo produciendo diferencias de potencial.
De esto se derivan dos consecuencias esenciales. En primer lugar, estas diferencias acelerarán las partículas cargadas casi hasta el velocidad de la luzvelocidad de la luz y finalmente, la rotación del agujero negro torcerá las líneas del campo magnético y algunas formarán una especie de tubo retorcido siguiendo el eje de rotación del agujero negro y por el que ascenderán las partículas cargadas. Se trata claramente de chorros de agujeros negros supermasivos, cuyas partículas comenzarán entonces a irradiar intensamente, lo que producirá pares de partículas-antipartículas que, a su vez, se acelerarán y que a su vez irradiarán, de acuerdo con el proceso de Bethe-Heitler, etc. .
