Οι προσομοιώσεις υπερυπολογιστών εξηγούν τον εξαιρετικά ισχυρό πίδακα μαύρης τρύπας – επιβεβαιώνει τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Μεγάλη μαύρη τρύπα με πίδακα ακτίνων Χ. Πιστώσεις: NASA / CXC / M.Weiss

Περαιτέρω επιβεβαίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Ο γαλαξίας Messier 87 (M87) βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό της Παρθένου. Είναι ένας γιγάντιος γαλαξίας με 12.000 σφαιρικά σμήνη, που κάνει το ΓαλαξίαςΤα 200 σφαιρικά σμήνη του s φαίνονται μέτρια σε σύγκριση. ΕΝΑ μαύρη τρύπα έξι και μισό δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες φιλοξενείται στο κέντρο του M87. Είναι η πρώτη μαύρη τρύπα για την οποία υπάρχει εικόνα, που δημιουργήθηκε το 2019 από τη διεθνή ερευνητική συνεργασία Event Horizon Telescope.

Αυτή η μαύρη τρύπα (M87 *) εκτοξεύει έναν πίδακα πλάσμα αίματος κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ένας λεγόμενος σχετικιστικός πίδακας, στην κλίμακα των 6000 ετών φωτός. Η τεράστια ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία αυτού του πίδακα προέρχεται πιθανώς από τη βαρυτική έλξη της μαύρης τρύπας, αλλά πώς συμβαίνει ένας πίδακας όπως αυτός και τι τον κρατά σταθερό σε μια τεράστια απόσταση δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητό.

Θεωρητικό μοντέλο του σχετικιστικού πίδακα M87 και αστρονομικές παρατηρήσεις

Το θεωρητικό μοντέλο (θεωρία) και οι αστρονομικές παρατηρήσεις (παρατήρηση) της θέσης εκτόξευσης του σχετικιστικού πίδακα του M87 ανταποκρίνονται πολύ καλά. Πίστωση: Alejandro Cruz-Osorio

Η μαύρη τρύπα M87 * προσελκύει την περιστρεφόμενη ύλη σε έναν δίσκο σε όλο και μικρότερες τροχιές μέχρι να την καταπιεί η μαύρη τρύπα. Το τζετ εκτοξεύεται από το κέντρο του δίσκου προσαύξησης που περιβάλλει το M87 και θεωρητικοί φυσικοί στο Πανεπιστήμιο Goethe, μαζί με επιστήμονες από την Ευρώπη, τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Κίνα, έχουν τώρα μοντελοποιήσει λεπτομερώς αυτήν την περιοχή.

Χρησιμοποίησαν πολύ περίπλοκες τρισδιάστατες προσομοιώσεις υπερυπολογιστών που χρησιμοποιούν το εκπληκτικό ποσό ενός εκατομμυρίου ωρών CPU ανά προσομοίωση και έπρεπε να λύσουν ταυτόχρονα τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein, τις εξισώσεις ηλεκτρομαγνητισμού του James Maxwell και τις εξισώσεις δυναμικής ρευστών του Leonhard Euler.

Σχετικιστικός πίδακας γραμμών μαγνητικού πεδίου μαύρης τρύπας M87

Κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, τα σωματίδια επιταχύνονται τόσο αποτελεσματικά που σχηματίζουν έναν πίδακα σε κλίμακες 6000 ετών φωτός στην περίπτωση του M87. Πίστωση: Alejandro Cruz-Osorio

Το αποτέλεσμα ήταν ένα μοντέλο στο οποίο οι υπολογισμένες τιμές για τις θερμοκρασίες, τις πυκνότητες υλικών και τα μαγνητικά πεδία αντιστοιχούν αξιοσημείωτα καλά σε ό,τι προκύπτει από τις αστρονομικές παρατηρήσεις. Σε αυτή τη βάση, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τη σύνθετη κίνηση των φωτονίων στον καμπύλο χωροχρόνο της πιο εσωτερικής περιοχής του πίδακα και να τη μεταφράσουν σε ραδιοεικόνες. Στη συνέχεια μπόρεσαν να συγκρίνουν αυτές τις εικόνες μοντελοποιημένες σε υπολογιστή με παρατηρήσεις που έγιναν χρησιμοποιώντας πολυάριθμα ραδιοτηλεσκόπια και δορυφόρους τις τελευταίες τρεις δεκαετίες.

READ  Το Cosmic Lens αποκαλύπτει εξασθενημένο ραδιο γαλαξία πάνω από 8 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη

Ο Δρ Alejandro Cruz-Osorio, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, σχολιάζει: «Το θεωρητικό μας μοντέλο της ηλεκτρομαγνητικής εκπομπής και της μορφολογίας πίδακα του M87 αντιστοιχεί εκπληκτικά καλά σε παρατηρήσεις στο ραδιόφωνο, το οπτικό και το υπέρυθρο φάσμα. Αυτό μας λέει ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα M87 * είναι πιθανό να περιστρέφεται έντονα και ότι το πλάσμα μαγνητίζεται έντονα στον πίδακα, επιταχύνοντας τα σωματίδια σε κλίμακες χιλιάδων ετών φωτός.

Ο καθηγητής Luciano Rezzolla, από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Γκαίτε στη Φρανκφούρτη, παρατηρεί: «Το γεγονός ότι οι εικόνες που έχουμε υπολογίσει είναι τόσο κοντά σε αστρονομικές παρατηρήσεις είναι μια άλλη σημαντική επιβεβαίωση ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας Αϊνστάιν είναι η πιο ακριβής και φυσική εξήγηση για την ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων οπών στο κέντρο των γαλαξιών. Ενώ υπάρχει ακόμη χώρος για εναλλακτικές εξηγήσεις, τα αποτελέσματα της μελέτης μας έκαναν αυτό το δωμάτιο πολύ μικρότερο.

Αναφορά: «Σύγχρονη ενεργειακή και μορφολογική μοντελοποίηση της τοποθεσίας εκτόξευσης αεριωθούμενων M87» από τους Alejandro Cruz-Osorio, Christian M. Fromm, Yosuke Mizuno, Antonios Nathanail, Ziri Younsi, Oliver Porth, Jordy Davelaar, Heino Falcke, Michael Kramer και Luciano Rezzolla, 4 Νοεμβρίου 2021, Αστρονομία της φύσης.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *