Комп′ютерне моделювання пояснює спостережуваний струмінь з гігантської галактики M87

Фізики-теоретики за допомогою суперкомп’ютерних симуляцій, результати яких добре збігаються зі спостереженнями, пояснили чому струмінь зі знаменитої чорної діри вистрілює на тисячі світлових років.

Про це розповідають в Інституті теоретичної фізики при Університеті Гете у Франкфурті.

Галактика Мессьє 87 (M87) розташована на відстані 55 мільйонів світлових років від Землі в сузір′ї Діви. Це гігантська галактика з 12 000 кулястих скупчень, у порівнянні з якою Чумацький Шлях зі своїми 200 кулястими скупченнями виглядає більш як скромно. У центрі М87 знаходиться чорна діра масою у 6,5 мільярда сонячних мас. Вона перша чорна діра, зображення якої існує, отримане у 2019 році міжнародною дослідницькою колаборацією Телескоп горизонту подій.

Ця чорна діра (M87*) вистрілює струмінь плазми зі швидкістю, близькою до швидкості світла, так званий релятивістський струмінь, на відстань 6000 світлових років. Величезна енергія, необхідна для підживлення цього струменя, ймовірно походить від гравітаційного тяжіння чорної діри, але як виникає такий струмінь і що підтримує його стабільність на величезній відстані, ще не до кінця зрозуміло.

Чорна діра M87* притягує матерію, яка обертається на диску на все менших орбітах, поки її не поглине. Струмінь запускається з центру акреційного диска, що оточує M87, і фізики-теоретики з Університету Гете разом зі вченими з Європи, США та Китаю тепер досить детально змоделювали цей регіон.

Вони використовували надзвичайно складні тривимірні суперкомп’ютерні симуляції, які використовують приголомшливі мільйон процесорних годин на симуляцію, і повинні були одночасно вирішувати рівняння загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, рівняння електромагнетизму Джеймса Максвелла та рівняння гідродинаміки Леонарда Ейлера.

У результаті була отримана модель, в якій значення, розраховані для температури, щільності речовини та магнітних полів, надзвичайно добре відповідають тому, що було виведено з астрономічних спостережень. На цій основі вчені змогли відстежити складний рух фотонів у викривленому просторі-часі внутрішньої області струменя та перевести його у радіозображення. Потім вони змогли порівняти ці зображення, змодельовані комп’ютером, зі спостереженнями, зробленими за допомогою численних радіотелескопів і супутників за останні три десятиліття.

Доктор Алехандро Крус-Осоріо, провідний автор дослідження, коментує: «Наша теоретична модель електромагнітного випромінювання та морфології струменя M87 на диво добре збігається зі спостереженнями в радіо, оптичному та інфрачервоному спектрах. Це говорить нам, що надмасивна чорна діра M87, ймовірно, дуже швидко обертається і що плазма сильно намагнічена в струмені, прискорюючи частинки до масштабів тисяч світлових років».

Професор Лучано Реццолла, Інститут теоретичної фізики при Університеті Гете, зауважує: «Той факт, що розраховані нами зображення настільки близькі до астрономічних спостережень, є ще одним важливим підтвердженням того, що загальна теорія відносності Ейнштейна є найбільш точним і природним поясненням існування надмасивних чорних дір у центрі галактик. Хоча ще є місце для альтернативних пояснень, результати нашого дослідження зробили це місце набагато меншим».

Висновки були опубліковані у журналі Nature Astronomy.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.