Компьютерное моделирование объясняет наблюдаемую струю из гигантской галактики M87

Физики-теоретики с помощью суперкомпьютерных симуляций, результаты которых хорошо совпадают с наблюдениями, объяснили, почему струя из знаменитой черной дыры выстреливает на тысячи световых лет.

Об этом рассказывают в Институте теоретической физики при Университете Гете во Франкфурте.

Галактика Мессье 87 (M87) расположена на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы. Это гигантская галактика из 12 000 шаровых скоплений, по сравнению с которой Млечный Путь со своими 200 шаровыми скоплениями выглядит более чем скромно. В центре М87 находится чёрная дыра массой в 6,5 миллиарда солнечных масс. Она первая черная дыра, изображение которой существует, полученное в 2019 году международной исследовательской коллаборацией Телескоп горизонта событий.

Эта черная дыра (M87*) выстреливает струю плазмы со скоростью, близкой к скорости света, так называемую релятивистскую струю, на расстояние 6000 световых лет. Огромная энергия, необходимая для подпитки этой струи, вероятно происходит от гравитационного притяжения черной дыры, но как возникает такая струя и что поддерживает ее стабильность на огромном расстоянии, еще не до конца понятно.

Черная дыра M87* притягивает вращающуюся на диске материю на все меньших орбитах, пока ее не поглотит. Струя запускается с центра аккреционного диска, окружающего M87, и физики-теоретики из Университета Гете вместе с учеными из Европы, США и Китая теперь достаточно подробно смоделировали этот регион.

Они использовали чрезвычайно сложные трехмерные суперкомпьютерные симуляции, использующие потрясающие миллионы процессорных часов на симуляцию, и должны были одновременно решать уравнение общей теории относительности Альберта Эйнштейна, уравнение электромагнетизма Джеймса Максвелла и уравнение гидродинамики Леонарда Эйлера.

Новости по подобной теме:

		Астрономы обнаружили крошечную черную дыру, неоднократно пробивающую газовый диск более крупной черной дыры
		Сверхмассивные черные дыры ненадолго просыпаются из глубокого сна благодаря измельченным ими звездам
		JWST разглядел большое количество новорожденных квазаров в ранней Вселенной

В результате была получена модель, в которой значения, рассчитанные для температуры, плотности вещества и магнитных полей, очень хорошо соответствуют тому, что было выведено из астрономических наблюдений. На этой основе ученые смогли отследить сложное движение фотонов в искаженном пространстве-времени внутренней области струи и перевести его в радиоизображение. Затем они смогли сравнить эти изображения, смоделированные компьютером, с наблюдениями, сделанными с помощью многочисленных радиотелескопов и спутников за последние три десятилетия.

Доктор Алехандро Крус-Осорио, ведущий автор исследования, комментирует: «Наша теоретическая модель электромагнитного излучения и морфологии струи M87 удивительно хорошо совпадает с наблюдениями в радио, оптическом и инфракрасном спектрах. Это говорит нам, что сверхмассивная чёрная дыра M87, вероятно, очень быстро вращается и что плазма сильно намагничена в струе, ускоряя частицы до масштабов тысяч световых лет».

Профессор Лучано Реццолла, Институт теоретической физики при Университете Гете, отмечает: «Тот факт, что рассчитанные нами изображения столь близки к астрономическим наблюдениям, является еще одним важным подтверждением того, что общая теория относительности Эйнштейна является наиболее точным и естественным объяснением существования супермассивных черных дыр в центрах галактик. Хотя еще есть место для альтернативных объяснений, результаты нашего исследования сделали это место гораздо меньшим».

Выводы были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Черные дыры
• черная дыра M87