一项利用质子束探测等离子体和磁场如何相互作用的实验可能刚刚解决了类星体和其他活跃的超大质量黑洞如何释放它们的相对论性喷流的谜团。
让我们想象一下在类星体中心的场景。一个超大质量黑洞，可能是太阳质量的数亿倍，甚至数十亿倍，正在贪婪地吞噬从螺旋状的超热盘流入它的吞噬区中的物质。这种带电物质被称为等离子体，它被引力吸引到黑洞的周围——然而，并不是所有的等离子体都被黑洞吞噬了。等离子体是由电离的、或带电的、被剥离了电子的原子组成的。事实上，黑洞吞噬的东西超出了它的能力，在等离子体到达事件视界之前，一些等离子体被黑洞强大的磁场校准，以射流的形式喷射出来，而事件视界基本上是不归路。
这些喷流可以在太空中延伸数千光年。然而，科学家们一直无法解释在射流底部发生的物理现象，也就是它们形成的地方。
答案可能来自新泽西州普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员，他们能够设计出一种叫做质子放射照相的等离子体测量技术的改进。
在他们的实验中，研究人员首先通过向塑料目标发射脉冲20焦耳激光束来制造高能量密度等离子体。然后，他们使用强大的激光在充满氘和氦-3的燃料胶囊中激发核聚变。聚变反应释放出质子和x射线。
． “我们可以直接观察磁场是如何被推出来的，并以一种拔河的方式对等离子体做出反应。”
他们详细观察到，在膨胀的等离子体的压力下，磁场向外弯曲，等离子体在磁力线上晃动。等离子体的这种冒泡和起泡被称为磁瑞利-泰勒不稳定性，它在磁场中产生了看起来像漩涡和蘑菇的形状。关键是，随着等离子体能量的减少，磁力线能够迅速恢复。这将等离子体压缩成一个直的、狭窄的柱状体，这与类星体的相对论性喷流很相似。
PPPL的索菲亚·马尔科说:“当我们做实验并分析数据时，我们发现了一些重要的东西。”长期以来，人们一直认为由等离子体和磁场相互作用引起的磁-瑞利-泰勒不稳定性会发生，但直到现在才直接观察到。这一观察有助于证实，当膨胀的等离子体遇到磁场时，这种不稳定性就会发生。”
这个实验有力地表明，类星体喷流的形成要感谢磁场对膨胀的等离子体的这种反应。如果这些结果是活跃黑洞周围发生的事情的快照，那就意味着，在黑洞的吸积盘中，条件变得如此激烈，以至于磁盘中的等离子体能够推动紧密排列的磁力线，然后磁力线会弹回并将等离子体推入一个狭窄的柱中，几乎将其喷射出黑洞。如果这是真的，这可能是我们了解活跃黑洞运作方式的一大缺失。
Malko说:“现在我们已经非常准确地测量了这些不稳定性，我们有了改进模型所需的信息，并且有可能比以前更高程度地模拟和理解天体物理喷流。”“有趣的是，人类可以在实验室里制造出通常存在于太空中的东西。”
研究结果发表在6月27日的《物理评论研究》杂志上。
