Accretieschijven rondom zwarte gaten nagebootst in het laboratorium

Opstelling en resultaat van het experiment. Credit: Imperial College London

Het zijn van die experimenten waarvan je vantevoren denkt: ‘als dat maar goed afloopt’. Ook dat van de onderzoekers van het Imperial College in Londen is van die categorie. Zwarte gaten (en ook jonge sterren, jawel) bezitten een snel roterende accretieschijf waar ze door worden omringd en ze vroegen zich af of ze zo’n schijf niet konden nabootsen in het laboratorium. Aldus geschiedde en het lukte ook nog… en zonder kleerscheuren. Het draait bij dit soort fysica om plasma’s, om heet gas dat snel beweegt en dat bestaat uit geladen ionen en vrije elektronen – plasma wordt de vierde aggregatietoestand genoemd, naast vast, vloeibaar en gas. Zo’n accretieschijf draait snel rond en dan krijg je dat er twee krachten spelen: de centrifugale kracht, die alles naar buiten wil slingeren, en de zwaartekracht, die alles naar binnen wil trekken. De banen van het gas in zo’n accretieschijf zijn in theorie gelijk, dus hoe kan een zwart gat groeien als alles stabiel rondjes draait om een zwart gat? De heersende theorie zegt dat er door magnetische werking instabiliteiten ontstaan in het gas, hetgeen wrijving oplevert en dat zorgt er op haar beurt voor dat het gas afremt en in het zwarte gat valt.

Impressie van een zwart gat omgeven door een roterende gloeiendhete accretieschijf. Mark A. Garlick/Simons Foundation.

Welnu, om dat alles te testen in een laboratorium hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van de zogeheten Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments machine (MAGPIE), waarin ze een plasma onder hoge snelheid lieten roteren om een accretieschijf na te bootsen. Vicente Valenzuela-Villaseca en z’n team deden dat en het lukte hen inderdaad door acht keer een straalstroom van plasma te laten botsen om een draaiende kolom te krijgen, die sterk lijkt op zo’n accretieschijf. Dichter in de kolom bleek de snelheid hoger te zijn dan aan de buitenzijde, hetgeen ook bij echte accretieschijven het geval is. Bij dit experiment ging het nog om kortdurende pulsen om de accretieschijf na te botsen, maar dat willen ze in de toekomst gaan uitbreiden.

Meer informatie vind je in het vakartikle van V. Valenzuela-Villaseca et al, Characterization of Quasi-Keplerian, Differentially Rotating, Free-Boundary Laboratory Plasmas, Physical Review Letters (2023).

Bron: Phys.org.

Gerelateerde Astroblogs:

Eerste waarneming ooit van de buitenranden van de accretieschijf van een superzwaar zwart gat Het is bevestigd dat het superzware zwarte gat M87* roteert Sterke correlatie gevonden tussen de nagloed van zwarte gaten en de hoeveelheid materie die ze verorberen