Simularea supercomputerului explică puterea masivă a unei găuri negre jet – confirmă teoria relativității generale a lui Einstein

Confirmare în continuare a teoriei generale a relativității a lui Einstein.

Galaxia Messier 87 (M87) este situată la 55 de milioane de ani lumină de Pământ, în constelația Fecioarei. Este o galaxie gigantică cu 12.000 de clustere globulare, care o formează calea LacteeCele 200 de clustere globulare par modeste prin comparație. A Gaură neagră Din cele șase miliarde și jumătate de mase solare situate în centrul M87. Este prima gaură neagră care are o imagine, creată în 2019 de colaborarea internațională de cercetare Event Horizon Telescope.

Această gaură neagră (M87 *) eliberează un jet de plasmă Aproape de viteza luminii, așa-numitul plan relativist, pe o scară de 6000 de ani lumină. Energia enormă necesară pentru a alimenta acest jet provine probabil din forța gravitațională a găurii negre, dar cum iese un jet ca acesta și ce îl menține stabil pe distanța enormă nu este încă pe deplin înțeles.

Modelul teoretic (teoria) și observațiile astronomice (observarea) locului de lansare al avionului relativist M87 se potrivesc foarte bine. Credit: Alejandro Cruz Osorio

Gaura neagră M87* atrage materia care se învârte pe un disc pe orbite mai mici până când gaura neagră o înghite. Avionul este lansat din centrul discului de acreție din jurul lui M87, iar fizicienii teoreticieni de la Universitatea Goethe, împreună cu oameni de știință din Europa, Statele Unite și China, au proiectat această zonă în detaliu.

Ei au folosit simulări de supercomputer 3D extrem de sofisticate care au folosit 1 milion de ore CPU pe simulare și au trebuit să rezolve simultan ecuațiile relativității generale de Albert Einstein, ecuațiile pentru electromagnetism de James Maxwell și ecuațiile de dinamică a fluidelor de Leonhard Euler.

De-a lungul liniilor câmpului magnetic, particulele accelerează atât de eficient încât formează jeturi de până la 6000 de ani lumină distanță în cazul lui M87. Credit: Alejandro Cruz Osorio

Rezultatul a fost un model în care valorile calculate ale temperaturilor, densității materialelor și câmpurilor magnetice se potriveau remarcabil de bine cu ceea ce s-a dedus din observațiile astronomice. Pe această bază, oamenii de știință au reușit să urmărească mișcarea complexă a fotonilor în spațiu-timp curbat din cea mai interioară regiune a planului și să o traducă în imagini radio. Ei au putut apoi să compare aceste imagini pe computer cu observațiile făcute cu mai multe radiotelescoape și sateliți în ultimele trei decenii.

Dr. Alejandro Cruz Osorio, autorul principal al studiului, comentează: „Modelul nostru teoretic al emisiei electromagnetice și al morfologiei jetului a M87 se potrivește în mod surprinzător cu observațiile din spectrele radio, optice și infraroșu. Acest lucru ne spune că gaura neagră supermasivă M87* este probabil orbitează foarte mult și că plasma este puternic magnetizată în plan, accelerând particulele la intervale de mii de ani-lumină”.

Profesorul Luciano Rizzola, Institutul de Fizică Teoretică de la Universitatea Goethe din Frankfurt notează: „Faptul că imaginile pe care le-am calculat sunt foarte apropiate de observațiile astronomice este o altă confirmare importantă că teoria relativității generale a lui Einstein este cea mai precisă și naturală explicație a existenței sale decât cea supermasivă. găuri negre în centrul galaxiilor. Deși încă mai există loc pentru explicații alternative, rezultatele studiului nostru au făcut această cameră mult mai mică.”

Referință: „Ultimele modele active și morfologice ale site-ului de lansare M87” de Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer și Luciano Rizzola, 4 noiembrie 2021 , astronomie naturală.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w