Süper bilgisayar simülasyonu, bir jet kara deliğinin muazzam gücünü açıklıyor – Einstein’ın genel görelilik teorisini doğruluyor

X-ışını jetine sahip devasa bir kara delik. Kredi: NASA/CXC/M. Weiss

Einstein’ın genel görelilik teorisinin daha fazla teyidi.

Messier 87 (M87) galaksisi, Başak takımyıldızında Dünya’dan 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. 12.000 küresel kümeye sahip dev bir gökadadır. Samanyolu200 küresel küme, kıyaslandığında mütevazı görünüyor. a Kara delik M87’nin merkezinde bulunan altı buçuk milyar güneş kütlesinden. Uluslararası araştırma işbirliği Event Horizon Telescope tarafından 2019 yılında oluşturulan, görüntüye sahip ilk kara deliktir.

Bu kara delik (M87 *) bir jet serbest bırakır. plazma 6000 ışıkyılı ölçeğinde, göreceli düzlem olarak adlandırılan ışık hızına yakın. Bu jeti çalıştırmak için gereken muazzam enerji muhtemelen kara deliğin yerçekimi kuvvetinden kaynaklanıyor, ancak böyle bir jetin nasıl ortaya çıktığı ve onu muazzam bir mesafede sabit tutan şeyin ne olduğu henüz tam olarak anlaşılmış değil.

M87 göreli jetinin fırlatma sahasının teorik modeli (teori) ve astronomik gözlemleri (gözlem) çok iyi bir eşleşmedir. Kredi bilgileri: Alejandro Cruz Osorio

Kara delik M87*, kara delik onu yutana kadar bir diskte dönen maddeyi daha küçük yörüngelere çeker. Jet, M87’yi çevreleyen toplanma diskinin merkezinden fırlatılır ve Goethe Üniversitesi’ndeki teorik fizikçiler, Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri ve Çin’den bilim adamları ile birlikte bu alanı çok ayrıntılı olarak tasarladılar.

Simülasyon başına şaşırtıcı bir şekilde 1 milyon CPU saati kullanan ve Albert Einstein’ın genel görelilik denklemlerini, James Maxwell’in elektromanyetizma denklemlerini ve Leonhard Euler’in akışkan dinamiği denklemlerini aynı anda çözmek zorunda kalan son derece karmaşık 3B süper bilgisayar simülasyonları kullandılar.

Manyetik alan çizgileri boyunca parçacıklar o kadar verimli bir şekilde hızlanırlar ki M87 durumunda 6000 ışıkyılı uzaklığa kadar jetler oluştururlar. Kredi bilgileri: Alejandro Cruz Osorio

Sonuç, hesaplanan sıcaklık, malzeme yoğunluğu ve manyetik alanların değerlerinin astronomik gözlemlerden çıkarılanlarla oldukça iyi bir şekilde eşleştiği bir modeldi. Bu temelde, bilim adamları, düzlemin en iç bölgesindeki eğri uzay-zamandaki fotonların karmaşık hareketini izleyebildiler ve bunu radyo görüntülerine dönüştürebildiler. Daha sonra bu bilgisayar görüntülerini, son otuz yılda çeşitli radyo teleskopları ve uydularla yapılan gözlemlerle karşılaştırabildiler.

Çalışmanın baş yazarı Dr. Alejandro Cruz Osorio şunları söylüyor: “M87’nin elektromanyetik emisyon ve jet morfolojisine ilişkin teorik modelimiz, şaşırtıcı bir şekilde radyo, optik ve kızılötesi tayflardaki gözlemlerle eşleşiyor. Bu bize M87 süper kütleli kara deliğin* olduğunu söylüyor. muhtemelen oldukça yörüngede ve plazmanın güçlü bir şekilde manyetize olduğu, düzlemde parçacıkların binlerce ışıkyılı aralığına hızlanması.”

Frankfurt Goethe Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü’nden Profesör Luciano Rizzola şunları söylüyor: “Hesapladığımız görüntülerin astronomik gözlemlere çok yakın olması, Einstein’ın genel görelilik teorisinin, varlığının süper kütleli olandan daha doğru ve doğal açıklaması olduğunun bir başka önemli teyididir. galaksilerin merkezindeki kara delikler. Alternatif açıklamalar için hala yer varken, çalışmamızın sonuçları bu odayı çok daha küçük hale getirdi.”

Referans: Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer ve Luciano Rizzola, “M87 Fırlatma Sahasının En Son Aktif ve Morfolojik Modelleri”, 4 Kasım 2021 , doğal astronomi.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w