Supercomputersimulatie verklaart de enorme kracht van een gitzwart gat – bevestigt Einsteins algemene relativiteitstheorie

Een enorm zwart gat met een röntgenstraal. Krediet: NASA/CXC/M. Weiss

Verdere bevestiging van Einsteins algemene relativiteitstheorie.

Het sterrenstelsel Messier 87 (M87) bevindt zich op 55 miljoen lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Maagd. Het is een gigantisch sterrenstelsel met 12.000 bolvormige sterrenhopen, waardoor het MelkwegDe 200 bolvormige sterrenhopen lijken in vergelijking bescheiden. een Zwart gat Van de zes en een half miljard zonsmassa’s die zich in het centrum van M 87 bevinden. Het is het eerste zwarte gat met een afbeelding, gemaakt in 2019 door de internationale onderzoekssamenwerking Event Horizon Telescope.

Dit zwarte gat (M87 *) laat een straal van plasma Dicht bij de lichtsnelheid, het zogenaamde relativistische vlak, op een schaal van 6000 lichtjaar. De enorme energie die nodig is om deze jet aan te drijven komt waarschijnlijk voort uit de zwaartekracht van het zwarte gat, maar hoe zo’n jet ontstaat en wat hem stabiel houdt over de enorme afstand is nog niet helemaal duidelijk.

Het theoretische model (theorie) en astronomische waarnemingen (observatie) van de lanceerplaats van de M87 relativistische straaljager sluiten goed op elkaar aan. Krediet: Alejandro Cruz Osorio

Het zwarte gat M87* trekt materie aan die in een schijf ronddraait in kleinere banen totdat het zwarte gat het opslokt. De jet wordt gelanceerd vanuit het midden van de accretieschijf rond M87, en theoretische fysici van de Goethe University hebben dit gebied, samen met wetenschappers uit Europa, de Verenigde Staten en China, tot in detail ontworpen.

Ze gebruikten zeer geavanceerde 3D-supercomputersimulaties die maar liefst 1 miljoen CPU-uren per simulatie gebruikten, en moesten tegelijkertijd de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, de vergelijkingen voor elektromagnetisme van James Maxwell en de vloeistofdynamicavergelijkingen van Leonhard Euler oplossen.

Langs de magnetische veldlijnen versnellen de deeltjes zo efficiënt dat ze in het geval van M 87 stralen vormen tot 6000 lichtjaar van ons vandaan. Krediet: Alejandro Cruz Osorio

Het resultaat was een model waarin de berekende waarden van temperaturen, materiaaldichtheid en magnetische velden opmerkelijk goed overeenkwamen met wat werd afgeleid uit astronomische waarnemingen. Op basis hiervan waren de wetenschappers in staat om de complexe beweging van fotonen in de gekromde ruimtetijd van het binnenste gebied van het vliegtuig te traceren en te vertalen in radiobeelden. Vervolgens konden ze deze computerbeelden vergelijken met waarnemingen die de afgelopen drie decennia met verschillende radiotelescopen en satellieten zijn gedaan.

Dr. Alejandro Cruz Osorio, hoofdauteur van de studie, merkt op: “Ons theoretische model van de elektromagnetische emissie en jetmorfologie van M87 komt verrassend genoeg overeen met waarnemingen in de radio-, optische en infraroodspectra. Dit vertelt ons dat het M87 superzware zwarte gat* waarschijnlijk in een hoge baan om de aarde draait en dat het plasma sterk gemagnetiseerd is in het vlak, waardoor de deeltjes worden versneld tot een bereik van duizenden lichtjaren.”

Professor Luciano Rizzola, Instituut voor Theoretische Fysica aan de Goethe Universiteit Frankfurt merkt op: “Het feit dat de beelden die we hebben berekend heel dicht bij astronomische waarnemingen liggen, is een andere belangrijke bevestiging dat Einsteins algemene relativiteitstheorie de meest nauwkeurige en natuurlijke verklaring voor het bestaan ​​ervan is dan superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels. Hoewel er nog ruimte is voor alternatieve verklaringen, hebben de resultaten van ons onderzoek deze ruimte veel kleiner gemaakt.”

Referentie: “Nieuwste actieve en morfologische modellen van de M87 Launch Site” door Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer en Luciano Rizzola, 4 november 2021 , natuurlijke astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w