אסטרופיזיקה יחסותית
תופעות קיצוניות רבות שנצפות ברחבי היקום, ובכלל זה קווזרים וגרעיני גלקסיות פעילים, מיקרוקווזרים, מתפרצי-גמה, פולסרים, מגנטרים ועוד, קשורות לפעילות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים. המאפיינים העיקריים של התופעות הללו כוללים פליטה חזקה של קרינת רנטגן וקרינת גמא, השתנות מהירה בזמן, הזנקה של סילוני חומר למהירויות קרובות למהירות האור, וכדומה. הקרינה הנראית נפלטת מחלקיקים המואצים בסילוני החומר לאנרגיות גבוהות ביותר, גבוהות בהרבה מהאנרגיות אליהן ניתן להגיע במאיצי החלקיקים הגדולים ביותר שנבנו אי פעם. ייתכן שחלקן של המערכות הללו הן גם המקור לקרינה הקוסמית האולטרא-אנרגטית החודרת לכדור הארץ, ולחלקיקי נויטרינו אותם מחפשים באמצעות גלאים מיוחדים שנבנו לאחרונה, כגון גלאי "קוביית הקרח" המוצב בקוטב הדרומי. עמיר לוינסון מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה חוקר אספקטים שונים של התופעות הללו באמצעות פיתוח מודלים מתמטיים והשוואתם לתצפיות.
הזנקת חומר ממוגנט מחורים שחורים וכוכבי נויטרונים
אחד האספקטים הנחקרים הוא היווצרות הסילונים והאצתם. במערכות בהם המנוע המרכזי מכיל חור שחור הסובב סביב צירו נוצרים הסילונים, ככל הנראה, בתהליך שבו נשאבת אנרגית הסיבוב של החור השחור באמצעות שדות מגנטיים החודרים לאופק האירועים. תהליך זה קשור לתכונה מוזרה של המרחב-זמן הנקראת "גרירת מערכות", אשר קיימת רק במסגרת תורת היחסות הכללית . המחקר בתחום זה מתמקד בניתוח מבנה המגנטוספירה של החור השחור, במנגנונים שמאפשרים את שאיבת אנרגיית הסיבוב שלו, ובניסיון להבין מהם התנאים הנדרשים כדי שמנגנונים אלו יפעלו. במערכות בהן מקור האנרגיה הוא כוכב נויטרונים נזרק החומר לאורך קווי שדה מגנטי הבוקעים מפני הכוכב.
הידרודינמיקה יחסותית ומנגנוני פליטה של קרינה באנרגיות גבוהות
אספקטים חשובים נוספים קשורים להידרודינמיקה של המערכות הללו ולמנגנונים האחראיים על פליטת הקרינה הנמדדת, במיוחד קרינת הגמא. רבות מתופעות הנצפות נשלטות על ידי אפקטים יחסותיים הנגרמים בגלל המהירות הגבוה של החומר הפולט. הבנת אפקטים אלו מצריכה ניתוח כמותי של המבנה ההידרודינמי של הסילון ושל החומר הנספח לחור שחור. החלקיקים הפולטים את הקרינה מואצים בגלי הלם רבי עוצמה הנוצרים בסילון ובחומר הסובב אותו (מנגנוני האצה דומים פועלים במערכות נוספות ביקום, למשל סופרנובות, צבירי גלקסיות, להבות שמש). בניית מודלים של סילונים יחסותיים ושל גלי ההלם הנוצרים בהם, חישוב מאפייני הקרינה הנפלטת מהחלקיקים המואצים בהם, והשוואתם לתצפיות הם חלק מנושאי המחקר הנלמדים על ידי עמיר.
הסבר על התמונה
צילום רדיו של סילון חומר הנזרק ממרכזה של גלקסיה. הסילון מיוצר ככל הנראה על ידי חור שחור ענק השוכן במרכז הגלקסיה, ומואץ כלפי חוץ למהירויות קרובות למהירות האור. הסילון הנגדי אינו נראה בתצלום בגלל אפקט האלומה הנובע מתורת היחסות הפרטית. אונות הרדיו הנראות בקצה כל אחד מהסילונים הם תוצאה של גלי הלם שנוצרים בעקבות האינטראקציה של חומר הסילון עם התווך מסביב. סילונים דומים נצפים במערכות אסטרופיזיקליות רבות ביקום, בהם המרכיב המרכזי הוא חור שחור או כוכב נויטרונים, והם מתאפיינים בפליטה חזקה של קרינת רנטגן וקרינת גמא.
