Symulacja superkomputerowa wyjaśnia ogromną moc dżetowej czarnej dziury – potwierdza ogólną teorię względności Einsteina

Masywna czarna dziura ze strumieniem rentgenowskim. Źródło: NASA/CXC/M. Weiss

Dalsze potwierdzenie ogólnej teorii względności Einsteina.

Galaktyka Messier 87 (M87) znajduje się 55 milionów lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Panny. Jest to gigantyczna galaktyka z 12 000 gromad kulistych, co czyni ją droga MlecznaW porównaniu z nimi 200 gromad kulistych wydaje się skromne. a Czarna dziura Z sześciu i pół miliarda mas Słońca znajdujących się w centrum M87. Jest to pierwsza czarna dziura, która ma obraz, stworzona w 2019 roku przez międzynarodową współpracę badawczą Event Horizon Telescope.

Ta czarna dziura (M87 *) wypuszcza strumień osocze Zbliżona do prędkości światła, tak zwana płaszczyzna relatywistyczna, w skali 6000 lat świetlnych. Ogromna energia potrzebna do zasilania tego dżetu prawdopodobnie pochodzi z siły grawitacyjnej czarnej dziury, ale jak powstaje taki dżet i co utrzymuje go w stabilności na ogromnej odległości, nie jest jeszcze w pełni zrozumiałe.

Relatywistyczny model teoretyczny odrzutu M87 i obserwacje astronomiczne

Model teoretyczny (teoria) i obserwacje astronomiczne (obserwacja) miejsca startu relatywistycznego odrzutowca M87 bardzo dobrze do siebie pasują. Źródło: Alejandro Cruz Osorio

Czarna dziura M87* przyciąga materię wirującą w dysku na mniejsze orbity, aż połknie ją czarna dziura. Dżet wystrzelony jest ze środka dysku akrecyjnego otaczającego M87, a fizycy teoretyczni z Uniwersytetu Goethego wraz z naukowcami z Europy, Stanów Zjednoczonych i Chin zaprojektowali ten obszar bardzo szczegółowo.

Wykorzystali wysoce wyrafinowane symulacje superkomputerów 3D, które wykorzystywały oszałamiający 1 milion godzin pracy procesora na symulację i musieli jednocześnie rozwiązywać równania ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, równania elektromagnetyzmu Jamesa Maxwella i równania dynamiki płynów Leonharda Eulera.

Relatywistyczne linie pola magnetycznego M87 Jet Black Hole

Wzdłuż linii pola magnetycznego cząstki przyspieszają tak wydajnie, że w przypadku M87 tworzą dżety oddalone do 6000 lat świetlnych. Źródło: Alejandro Cruz Osorio

W efekcie powstał model, w którym obliczone wartości temperatur, gęstości materiału i pól magnetycznych wyjątkowo dobrze pasowały do ​​tego, co wywnioskowano z obserwacji astronomicznych. Na tej podstawie naukowcy byli w stanie prześledzić złożony ruch fotonów w zakrzywionej czasoprzestrzeni w najbardziej wewnętrznym obszarze płaszczyzny i przełożyć go na obrazy radiowe. Następnie byli w stanie porównać te obrazy komputerowe z obserwacjami wykonanymi za pomocą kilku radioteleskopów i satelitów w ciągu ostatnich trzech dekad.

READ  6 wskazówek, jak radzić sobie z niepokojem związanym z koronawirusem jesienią i zimą: migawki

Dr Alejandro Cruz Osorio, główny autor badania, komentuje: „Nasz teoretyczny model emisji elektromagnetycznej i morfologii dżetów M87 zaskakująco pasuje do obserwacji w widmie radiowym, optycznym i podczerwonym. To mówi nam, że supermasywna czarna dziura M87* jest prawdopodobnie wysoko orbituje, a plazma jest silnie namagnesowana w płaszczyźnie, przyspieszając cząstki do zasięgu tysięcy lat świetlnych.

Profesor Luciano Rizzola z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie zauważa: „Fakt, że obliczone przez nas obrazy są bardzo zbliżone do obserwacji astronomicznych, jest kolejnym ważnym potwierdzeniem, że ogólna teoria względności Einsteina jest najdokładniejszym i najbardziej naturalnym wyjaśnieniem jej istnienia niż supermasywna czarne dziury w centrach galaktyk. Chociaż wciąż jest miejsce na alternatywne wyjaśnienia, wyniki naszych badań sprawiły, że ten pokój jest znacznie mniejszy.

Odniesienie: „Najnowsze aktywne i morfologiczne modele miejsca startu M87” Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer i Luciano Rizzola, 4 listopada 2021 r. , astronomia naturalna.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w

Phoebe Newman

"Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie."

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Back to top