Исследователи из Хельсинкского университета, возглавляемые доцентом Йоонасом Няттиля (Joonas Nättilä), смоделировали взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг чёрных дыр. Они обнаружили, что турбулентность вокруг этих объектов настолько сильна, что даже квантовые эффекты становятся важными для динамики плазмы.

Моделирование показало, что рентгеновское излучение может превращаться в электроны и позитроны, которые затем могут аннигилировать обратно в излучение при соприкосновении. Это явление является результатом чрезвычайно энергичного окружения чёрных дыр, которое делает возможным взаимодействие между электронами и позитронами.

Няттиля описывает, что электроны и позитроны, античастицы друг для друга, обычно не встречаются в одном и том же месте. Однако чрезвычайно энергичное окружение чёрных дыр делает даже это возможным. Излучение также не взаимодействует с плазмой. Однако фотоны настолько энергичны вокруг чёрных дыр, что их взаимодействия важны и для плазмы.

« В повседневной жизни такие квантовые явления, когда вместо чрезвычайно яркого света внезапно появляется материя, конечно, не наблюдаются, но вблизи чёрных дыр они проявляютс я», —  говорит Няттиля.

Исследование также показало, что плазма вокруг  чёрных дыр может находиться в двух различных равновесных состояниях в зависимости от внешнего поля излучения. В одном состоянии плазма прозрачна и холодна, а в другом  — непрозрачна и горяча. Это соответствует наблюдаемым различ иями   между так называемыми мягкими и ж ёсткими состояниями аккреционных дисков чёрных дыр.

 «Рентгеновские наблюдения аккреционных дисков чё рных дыр показывают точно такие же различия между так называемыми мягкими и жёсткими состояниями» , —  отмечает Няттиля.

Учёные отмечают, что их исследование является результатом многолетних усилий и добавления всех квантовых явлений в симуляцию. Они надеются, что эта работа будет способствовать дальнейшему пониманию чёрных дыр и их роли во Вселенной. «  Нам потребовались годы, чтобы исследовать и добавить в симуляции все квантовые явления, происходящие в природе, но в конечном итоге это того стоило »,  — добавил Няттиля.