Mô phỏng siêu máy tính giải thích sức mạnh khổng lồ của một lỗ đen phản lực – xác nhận thuyết tương đối rộng của Einstein

Một lỗ đen khổng lồ với một tia X. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / CXC / M. Weiss

Xác nhận thêm về thuyết tương đối rộng của Einstein.

Thiên hà Messier 87 (M87) nằm cách Trái đất 55 triệu năm ánh sáng trong chòm sao Xử Nữ. Nó là một thiên hà khổng lồ với 12.000 cụm sao cầu, khiến nó dải Ngân Hà200 cụm sao cầu có vẻ khiêm tốn khi so sánh. Một Hố đen Trong số sáu tỷ rưỡi khối lượng Mặt trời nằm ở trung tâm của M87. Đây là lỗ đen đầu tiên có hình ảnh, được tạo ra vào năm 2019 bởi sự hợp tác nghiên cứu quốc tế của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện.

Lỗ đen này (M87 *) phóng ra một tia huyết tương Gần bằng tốc độ ánh sáng, cái gọi là mặt phẳng tương đối tính, trên quy mô 6000 năm ánh sáng. Năng lượng khổng lồ cần thiết để cung cấp năng lượng cho máy bay phản lực này có thể bắt nguồn từ lực hấp dẫn của lỗ đen, nhưng làm thế nào một máy bay phản lực như thế này xuất hiện và điều gì giữ cho nó ổn định trong một khoảng cách khổng lồ vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

M87 Mô hình lý thuyết phản lực tương đối tính và các quan sát thiên văn

Mô hình lý thuyết (lý thuyết) và các quan sát thiên văn (quan sát) về bãi phóng của máy bay phản lực tương đối tính M87 rất ăn khớp với nhau. Tín dụng: Alejandro Cruz Osorio

Hố đen M87 * thu hút vật chất quay trong đĩa thành những quỹ đạo nhỏ hơn cho đến khi hố đen nuốt chửng nó. Máy bay phản lực được phóng từ trung tâm của đĩa bồi tụ bao quanh M87, và các nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Goethe cùng với các nhà khoa học từ châu Âu, Hoa Kỳ và Trung Quốc đã thiết kế khu vực này rất chi tiết.

READ  Cuối cùng chúng ta cũng biết tại sao một số thiên hà lâu đời nhất lại ngừng hình thành cách đây 12 tỷ năm

Họ đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính 3D rất phức tạp, sử dụng 1 triệu giờ CPU đáng kinh ngạc cho mỗi mô phỏng và phải giải đồng thời các phương trình của thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, phương trình điện từ của James Maxwell và các phương trình động lực học chất lỏng của Leonhard Euler.

M87 Đường từ trường lỗ đen phản lực tương đối tính

Dọc theo đường sức từ trường, các hạt gia tốc hiệu quả đến mức chúng tạo thành các tia lửa cách xa tới 6000 năm ánh sáng trong trường hợp của M87. Tín dụng: Alejandro Cruz Osorio

Kết quả là một mô hình trong đó các giá trị tính toán của nhiệt độ, mật độ vật chất và từ trường phù hợp đáng kể với những gì được suy ra từ các quan sát thiên văn. Trên cơ sở này, các nhà khoa học đã có thể theo dõi chuyển động phức tạp của các photon trong không thời gian cong của vùng trong cùng của máy bay và chuyển nó thành hình ảnh vô tuyến. Sau đó, họ có thể so sánh những hình ảnh máy tính này với những quan sát được thực hiện bằng một số kính thiên văn và vệ tinh vô tuyến trong ba thập kỷ qua.

Tiến sĩ Alejandro Cruz Osorio, tác giả chính của nghiên cứu, nhận xét: “Mô hình lý thuyết của chúng tôi về sự phát xạ điện từ và hình thái phản lực của M87 khớp một cách đáng ngạc nhiên với các quan sát trong quang phổ vô tuyến, quang học và hồng ngoại. Điều này cho chúng ta biết rằng lỗ đen siêu lớn M87 * là có lẽ có quỹ đạo cao và plasma bị từ hóa mạnh. trong mặt phẳng, gia tốc các hạt lên đến phạm vi hàng nghìn năm ánh sáng. “

READ  Những bức ảnh tuyệt đẹp về nguyệt thực một phần dài nhất thế kỷ

Giáo sư Luciano Rizzola, Viện Vật lý Lý thuyết tại Đại học Goethe Frankfurt lưu ý: “Thực tế là những hình ảnh chúng tôi tính toán được rất gần với các quan sát thiên văn là một xác nhận quan trọng khác rằng thuyết tương đối rộng của Einstein là lời giải thích tự nhiên và chính xác nhất cho sự tồn tại của nó so với siêu khối lượng lỗ đen ở trung tâm của các thiên hà. Mặc dù vẫn còn chỗ cho các giải thích thay thế, nhưng kết quả nghiên cứu của chúng tôi đã làm cho căn phòng này nhỏ hơn nhiều. “

Tham khảo: “Mô hình hoạt động và hình thái mới nhất của địa điểm ra mắt M87” của Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer và Luciano Rizzola, ngày 4 tháng 11 năm 2021 , thiên văn học tự nhiên.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *