dezembro 4, 2021

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Simulação de supercomputador explica o enorme poder de um buraco negro a jato – confirma a teoria da relatividade geral de Einstein

Um buraco negro maciço com um jato de raios-X. Crédito: NASA / CXC / M. Weiss

Confirmação adicional da teoria geral da relatividade de Einstein.

A galáxia Messier 87 (M87) está localizada a 55 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Virgem. É uma galáxia gigante com 12.000 aglomerados globulares, tornando-se via LácteaOs 200 aglomerados globulares parecem modestos em comparação. uma Buraco negro Dos seis bilhões e meio de massas solares localizadas no centro de M87. É o primeiro buraco negro a ter uma imagem, criado em 2019 pela colaboração internacional de pesquisa Event Horizon Telescope.

Este buraco negro (M87 *) libera um jato de plasma Perto da velocidade da luz, o chamado plano relativístico, na escala de 6.000 anos-luz. A enorme energia necessária para alimentar este jato provavelmente deriva da força gravitacional do buraco negro, mas como um jato como este emerge e o que o mantém estável ao longo da enorme distância ainda não foi totalmente compreendido.

Modelo teórico do jato relativístico M87 e observações astronômicas

O modelo teórico (teoria) e as observações astronômicas (observação) do local de lançamento do jato relativístico M87 combinam muito bem. Crédito: Alejandro Cruz Osorio

O buraco negro M87 * atrai matéria girando em um disco em órbitas menores até que o buraco negro a engula. O jato é lançado do centro do disco de acreção ao redor do M87, e físicos teóricos da Universidade Goethe, junto com cientistas da Europa, Estados Unidos e China, projetaram essa área em detalhes.

Eles usaram simulações de supercomputador 3D altamente sofisticadas que usaram a incrível quantidade de 1 milhão de horas de CPU por simulação e tiveram que resolver simultaneamente as equações da relatividade geral de Albert Einstein, as equações do eletromagnetismo de James Maxwell e as equações de dinâmica de fluidos de Leonhard Euler.

Linhas de campo magnético de buraco negro relativístico M87

Ao longo das linhas do campo magnético, as partículas aceleram tão eficientemente que formam jatos de escalas de até 6.000 anos-luz no caso do M87. Crédito: Alejandro Cruz Osorio

O resultado foi um modelo no qual os valores calculados de temperaturas, densidade do material e campos magnéticos combinaram notavelmente bem com o que foi inferido de observações astronômicas. Com base nisso, os cientistas foram capazes de rastrear o movimento complexo dos fótons no espaço-tempo curvo da região mais interna do avião e traduzi-lo em imagens de rádio. Eles foram então capazes de comparar essas imagens de computador com observações feitas com vários radiotelescópios e satélites nas últimas três décadas.

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O Dr. Alejandro Cruz Osorio, principal autor do estudo, comenta: “Nosso modelo teórico da emissão eletromagnética e morfologia do jato de M87 surpreendentemente coincide com as observações nos espectros de rádio, óptico e infravermelho. Isso nos diz que o buraco negro supermassivo M87 * é provavelmente em alta órbita e que o plasma está fortemente magnetizado. no plano, acelerando as partículas a intervalos de milhares de anos-luz. “

O professor Luciano Rizzola, do Instituto de Física Teórica da Goethe University Frankfurt, observa: “O fato de as imagens que calculamos serem muito próximas das observações astronômicas é outra confirmação importante de que a teoria da relatividade geral de Einstein é a explicação mais precisa e natural para sua existência do que supermassiva buracos negros no centro das galáxias. Embora ainda haja espaço para explicações alternativas, os resultados do nosso estudo tornaram esta sala muito menor. “

Referência: “Últimos modelos ativos e morfológicos do local de lançamento do M87” Por Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer e Luciano Rizzola, 4 de novembro de 2021 , astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w