پژوهشگران «دانشگاه هلسینکی»(University of Helsinki) در توضیح دادن مسئله‌ای موفق شده‌اند که از دهه ۱۹۷۰ دنبال شده است. این مسئله، توضیح دادن تابش پرتو ایکس از محیط سیاه‌چاله است.

به نقل از نانوورک، تابش از اثر ترکیبی حرکات آشفته میدان‌های مغناطیسی و گاز متلاطم پلاسما سرچشمه می‌گیرد. پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی‌های دقیق ابررایانه، تعامل را بین تشعشع، پلاسما و میدان‌های مغناطیسی اطراف سیاه‌چاله‌ها مدل‌سازی کردند. مشخص شد که حرکات آشفته یا تلاطم ناشی از میدان‌های مغناطیسی، پلاسمای محیط را گرم می‌کنند و به تابش آن منجر می‌شوند.

یک سیاه‌چاله زمانی ایجاد می‌شود که یک ستاره بزرگ به صورت غلظت متراکمی از جرم فرو می‌ریزد و گرانش آن اجازه نمی‌دهد که حتی نور از حوزه نفوذ آن فرار کند. به همین دلیل است که به جای مشاهده مستقیم، سیاه‌چاله‌ها را تنها می‌توان از طریق تأثیرات غیرمستقیم آنها بر محیط مشاهده کرد.

بیشتر سیاه‌چاله‌های مشاهده‌ شده دارای یک ستاره همراه هستند که با آن یک منظومه ستاره‌ای دوتایی را تشکیل می‌دهند. در منظومه دوتایی، این دو جرم به دور یکدیگر می‌چرخند و ماده ستاره همراه به آرامی به درون سیاه‌چاله می‌رود. این جریان آهسته گاز اغلب یک قرص برافزایشی را در اطراف سیاه‌چاله تشکیل می‌دهد که منبع روشن و قابل مشاهده پرتو ایکس است.

از دهه ۱۹۷۰، تلاش‌هایی برای مدلسازی تشعشعات ناشی از جریان برافزایش در اطراف سیاه‌چاله‌ها انجام شده است. در آن زمان تصور می‌شد که پرتوهای ایکس از طریق تعامل گازهای محلی و میدان‌های مغناطیسی تولید می‌شوند. این فرآیند مشابه نحوه گرم شدن محیط اطراف خورشید در اثر فعالیت مغناطیسی آن از طریق شراره‌های خورشیدی است. «جوناس نتیلا»(Joonas Nättilä) دانشیار دانشگاه هلسینکی و متخصص مدلسازی این نوع پلاسمای شدید گفت: شراره‌های موجود در قرص‌های برافزایشی سیاه‌چاله‌ها مانند نمونه‌های شدید شراره‌های خورشیدی هستند.

شبیه‌سازی‌ها نشان داد که تلاطم اطراف سیاه‌چاله‌ها بسیار قوی است؛ به حدی که حتی اثرات کوانتومی برای پویایی پلاسما مهم می‌شوند. در ادغام مدل‌سازی‌شده پلاسما و فوتون‌های الکترون-پوزیترون، تابش پرتو ایکس موضعی می‌تواند به الکترون‌ها و پوزیترون‌ها تبدیل شود که پس از تعامل با یکدیگر دوباره به صورت تابش درمی‌آیند.

این پژوهش نشان داد پلاسمای متلاطم به طور طبیعی نوعی تابش پرتو ایکس را تولید می‌کند که از قرص‌های برافزایشی منتشر می‌شوند. همچنین، این شبیه‌سازی برای اولین بار ثابت کرد که پلاسما در اطراف سیاه‌چاله‌ها بسته به میدان تابش بیرونی می‌تواند در دو حالت تعادل متمایز باشد. در یک حالت، پلاسما شفاف و سرد است و در حالت دیگر به صورت مات و داغ درمی‌آید.

این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.