I buchi neri sono noti per i loro appetiti voraci, abbuffarsi della materia con una tale ferocia che nemmeno la luce può sfuggire una volta inghiottita.

Meno compreso, anche se, è il modo in cui i buchi neri eliminano l'energia bloccata nella loro rotazione, lanciando plasmi vicini alla velocità della luce nello spazio su lati opposti in uno dei display più potenti dell'universo. Questi getti possono estendersi verso l'esterno per milioni di anni luce.

Nuove simulazioni guidate da ricercatori che lavorano presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia e l'UC Berkeley hanno combinato teorie vecchie di decenni per fornire nuove informazioni sui meccanismi di guida nei getti di plasma che consentono loro di rubare energia dai buchi neri. potenti campi gravitazionali e lo spingono lontano dalle loro bocche spalancate.

Le simulazioni potrebbero fornire un utile confronto per osservazioni ad alta risoluzione dall'Event Horizon Telescope, un array progettato per fornire le prime immagini dirette delle regioni in cui si formano i getti di plasma.

Il telescopio consentirà nuove viste del buco nero al centro della nostra galassia, la Via Lattea, così come viste dettagliate di altri buchi neri supermassicci.

"Come si può estrarre l'energia nella rotazione di un buco nero per creare getti?" disse Kyle Parfrey, che ha guidato il lavoro sulle simulazioni mentre era un Einstein Postdoctoral Fellow affiliato alla Nuclear Science Division del Berkeley Lab. "Questa è stata una domanda per molto tempo."

Ora membro anziano del Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland, Parfrey è l'autore principale di uno studio, pubblicato il 23 gennaio in Lettere di revisione fisica , che dettaglia la ricerca delle simulazioni.

Le simulazioni, per la prima volta, unire una teoria che spieghi come le correnti elettriche attorno a un buco nero attorcigliano i campi magnetici formando getti, con una teoria separata che spiega come le particelle che attraversano il punto di non ritorno di un buco nero, l'orizzonte degli eventi, possono sembrare a un osservatore distante trasportare energia negativa e abbassare l'energia di rotazione complessiva del buco nero.

È come mangiare uno spuntino che ti fa perdere calorie invece di ottenerle. Il buco nero in realtà perde massa a causa del consumo di queste particelle di "energia negativa".

Le simulazioni al computer hanno difficoltà a modellare tutta la complessa fisica coinvolta nel lancio del getto di plasma, che deve tenere conto della creazione di coppie di elettroni e positroni, il meccanismo di accelerazione delle particelle, e l'emissione di luce nei getti.

Berkeley Lab ha contribuito ampiamente alle simulazioni del plasma nel corso della sua lunga storia. Il plasma è una miscela gassosa di particelle cariche che è lo stato più comune della materia nell'universo.

Parfrey ha affermato di essersi reso conto che simulazioni più complesse per descrivere meglio i getti avrebbero richiesto una combinazione di competenze nella fisica del plasma e nella teoria della relatività generale.

"Ho pensato che sarebbe stato un buon momento per provare a mettere insieme queste due cose, " Egli ha detto.

Eseguito in un centro di supercalcolo presso il NASA Ames Research Center a Mountain View, California, le simulazioni incorporano nuove tecniche numeriche che forniscono il primo modello di plasma senza collisioni, in cui le collisioni tra particelle cariche non giocano un ruolo importante, in presenza di un forte campo gravitazionale associato a un buco nero.

Le simulazioni producono naturalmente effetti noti come meccanismo di Blandford-Znajek, che descrive i campi magnetici tortuosi che formano i getti, e un processo di Penrose separato che descrive cosa succede quando le particelle di energia negativa vengono inghiottite dal buco nero.

Il processo di Penrose, "anche se non necessariamente contribuisce così tanto all'estrazione dell'energia di rotazione del buco nero, "Parfrey ha detto, "è forse direttamente collegato alle correnti elettriche che distorcono i campi magnetici dei getti".

Sebbene più dettagliato di alcuni modelli precedenti, Parfrey ha notato che le simulazioni della sua squadra stanno ancora recuperando terreno con le osservazioni, e sono idealizzati in qualche modo per semplificare i calcoli necessari per eseguire le simulazioni.

Il team intende modellare meglio il processo mediante il quale le coppie elettrone-positrone vengono create nei getti al fine di studiare la distribuzione del plasma dei getti e la loro emissione di radiazioni in modo più realistico per il confronto con le osservazioni. Hanno anche in programma di ampliare l'ambito delle simulazioni per includere il flusso di materia in caduta attorno all'orizzonte degli eventi del buco nero, noto come flusso di accrescimento.

"Speriamo di fornire un quadro più coerente dell'intero problema, " Egli ha detto.