Суперкомпютърна симулация обяснява огромната мощност на черна струя – потвърждава теорията на Айнщайн за общата теория на относителността

Допълнително потвърждение на общата теория на относителността на Айнщайн.

Галактиката Messier 87 (M87) се намира на 55 милиона светлинни години от Земята в съзвездието Дева. Това е гигантска галактика с 12 000 кълбовидни купа, което я прави млечен път200-те кълбовидни купа изглеждат скромни в сравнение. а Черна дупка От шестте и половина милиарда слънчеви маси, разположени в центъра на M87. Това е първата черна дупка, която има изображение, създадено през 2019 г. от международното изследователско сътрудничество Event Horizon Telescope.

Тази черна дупка (M87 *) изпуска струя от плазма Близо до скоростта на светлината, така наречената релативистична равнина, в мащаб от 6000 светлинни години. Огромната енергия, необходима за захранването на тази струя, вероятно произтича от гравитационната сила на черната дупка, но как се появява такава струя и какво я поддържа стабилна на огромното разстояние, все още не е напълно изяснено.

Теоретичният модел (теория) и астрономическите наблюдения (наблюдение) на мястото на изстрелване на релативистичния реактивен самолет M87 са много добри. Кредит: Алехандро Крус Осорио

Черната дупка M87* привлича материята, въртяща се в диск в по-малки орбити, докато черната дупка я погълне. Самолетът се изстрелва от центъра на акреционния диск, заобикалящ М87, а физици-теоретици от университета Гьоте, заедно с учени от Европа, САЩ и Китай, са проектирали тази зона в много детайли.

Те използваха изключително сложни 3D суперкомпютърни симулации, които използваха зашеметяващите 1 милион процесорни часа на симулация и трябваше едновременно да решават уравненията на общата теория на относителността от Алберт Айнщайн, уравненията за електромагнетизъм от Джеймс Максуел и уравненията за динамика на флуидите от Леонхард Ойлер.

По линиите на магнитното поле, частиците се ускоряват толкова ефективно, че образуват струи на разстояние до 6000 светлинни години в случая на M87. Кредит: Алехандро Крус Осорио

Резултатът беше модел, в който изчислените стойности на температури, плътност на материала и магнитни полета съвпадаха забележително добре с това, което беше изведено от астрономически наблюдения. На тази основа учените успяха да проследят сложното движение на фотоните в извитото пространство-време на най-вътрешната област на самолета и да го преведат в радиоизображения. След това те успяха да сравнят тези компютърни изображения с наблюдения, направени с няколко радиотелескопа и спътници през последните три десетилетия.

Д-р Алехандро Крус Осорио, водещ автор на изследването, коментира: „Нашият теоретичен модел на електромагнитното излъчване и морфологията на струята на M87 изненадващо съвпада с наблюденията в радио, оптични и инфрачервени спектри. Това ни казва, че супермасивната черна дупка M87* е вероятно в голяма орбита и че плазмата е силно магнетизирана в равнината, ускорявайки частиците до обхвати от хиляди светлинни години.“

Професор Лучано Рицола, Институт по теоретична физика към университета Гьоте във Франкфурт, отбелязва: „Фактът, че изображенията, които изчислихме, са много близки до астрономическите наблюдения, е друго важно потвърждение, че теорията на Айнщайн за общата теория на относителността е най-точното и естествено обяснение за нейното съществуване от свръхмасивната. черни дупки в центъра на галактиките. Въпреки че все още има място за алтернативни обяснения, резултатите от нашето проучване направиха тази стая много по-малка.“

Справка: „Най-новите активни и морфологични модели на стартовата площадка на M87“ От Алехандро Крус Осорио, Кристиан М Фром, Юсуке Мизуно, Антониус Натаниел, Зири Юнеси, Оливър Борт, Джорди Давилар, Хино Фалк, Майкъл Крамер и Лучано Рицола, 4 ноември 2021 г. , естествена астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w