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

Масивна черна дупка с рентгенова струя. Кредит: NASA/CXC/M. Weiss

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