Суперкомпьютерное моделирование объясняет огромную мощность реактивной черной дыры — подтверждает общую теорию относительности Эйнштейна

Массивная черная дыра с рентгеновской струей. Предоставлено: NASA / CXC / M. Weiss.

Дальнейшее подтверждение общей теории относительности Эйнштейна.

Галактика Мессье 87 (M87) расположена в 55 миллионах световых лет от Земли в созвездии Девы. Это гигантская галактика с 12000 шаровых скоплений, что делает ее Млечный ПутьПо сравнению с этим 200 шаровых скоплений кажутся скромными. а Черная дыра Из шести с половиной миллиардов солнечных масс, находящихся в центре M87. Это первая черная дыра, получившая изображение, созданное в 2019 году международным исследовательским коллаборацией Event Horizon Telescope.

Эта черная дыра (M87 *) выпускает струю плазма Близкая к скорости света, так называемая релятивистская плоскость в масштабе 6000 световых лет. Огромная энергия, необходимая для питания этой струи, вероятно, является следствием гравитационной силы черной дыры, но как такая струя возникает и что поддерживает ее стабильность на огромном расстоянии, еще не совсем понятно.

Теоретическая модель (теория) и астрономические наблюдения (наблюдение) места запуска релятивистской струи M87 очень хорошо совпадают. Предоставлено: Алехандро Крус Осорио.

Черная дыра M87 * притягивает материю, вращающуюся в диске по меньшим орбитам, пока черная дыра не поглотит ее. Джет запускается из центра аккреционного диска, окружающего M87, и физики-теоретики из Университета Гете вместе с учеными из Европы, США и Китая тщательно спроектировали эту область.

Они использовали высокотехнологичное 3D-моделирование на суперкомпьютере, которое требовало ошеломляющего 1 миллиона процессорных часов на одно моделирование, и им приходилось одновременно решать уравнения общей теории относительности Альберта Эйнштейна, уравнения электромагнетизма Джеймса Максвелла и уравнения гидродинамики Леонарда Эйлера.

Вдоль силовых линий магнитного поля частицы ускоряются настолько эффективно, что в случае M87 образуют струи на расстоянии до 6000 световых лет. Предоставлено: Алехандро Крус Осорио.

Результатом стала модель, в которой расчетные значения температуры, плотности материала и магнитных полей удивительно хорошо совпадали с тем, что было выведено из астрономических наблюдений. На основе этого ученые смогли отследить сложное движение фотонов в искривленном пространстве-времени самой внутренней области плоскости и преобразовать его в радиоизображения. Затем они смогли сравнить эти компьютерные изображения с наблюдениями, сделанными с помощью нескольких радиотелескопов и спутников за последние три десятилетия.

Доктор Алехандро Крус Осорио, ведущий автор исследования, комментирует: «Наша теоретическая модель электромагнитного излучения и морфологии струи M87 неожиданно совпадает с наблюдениями в радио, оптическом и инфракрасном спектрах. Это говорит нам о том, что сверхмассивная черная дыра M87 * — это вероятно, на большой орбите и что плазма сильно намагничена в плоскости, ускоряя частицы до дальности в тысячи световых лет «.

Профессор Лучано Риццола из Института теоретической физики Университета Гете во Франкфурте отмечает: «Тот факт, что рассчитанные нами изображения очень близки к астрономическим наблюдениям, является еще одним важным подтверждением того, что общая теория относительности Эйнштейна является наиболее точным и естественным объяснением ее существования, чем сверхмассивные. черные дыры в центре галактик. Хотя еще есть место для альтернативных объяснений, результаты нашего исследования сделали эту комнату намного меньше «.

Ссылка: «Последние активные и морфологические модели стартовой площадки M87» Алехандро Крус Осорио, Кристиан М. Фромм, Юсуке Мизуно, Антониус Натаниэль, Зири Юнеси, Оливер Борт, Хорди Давилар, Хино Фальк, Майкл Крамер и Лучано Риццола, 4 ноября 2021 г. , естественная астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w