De simulatie voorspelt de aanwezigheid van de radiogolfhotspots van het zwarte gat

Zwarte gaten, gebieden in de ruimte-tijd waar de zwaartekracht zo sterk is dat niets eraan kan ontsnappen, behoren tot de meest fascinerende en meest bestudeerde kosmische verschijnselen. Hoewel er nu talloze theorieën zijn over de vorming en de onderliggende fysica, blijven veel vragen onbeantwoord.

Een van de langlopende vragen in de studie zwarte gaten Dit is de reden waarom het plasma om hen heen zo intens gloeit, zoals blijkt uit enkele van de tot nu toe verzamelde rechtstreekse telescoopbeelden. In een artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrievengepresenteerd door onderzoekers van Université Grenoble-Alpes-CNRS, Trinity College Dublin en University of Maryland Computer simulatie die een haalbare verklaring geven.

“We zijn erg onder de indruk van de recente publicatie van afbeeldingen van het superzware zwarte gat M87 * door de samenwerking met de Event Horizon Telescope (EHT), ” vertelde Benjamin Crinquand, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys.org. “Deze waarneming deed zich voor toen dit zwarte gat een historisch lage helderheid had (het was ‘stil’). Het is echter bekend dat M87* uitbarstingen/uitbarstingen van emissie produceert in verschillende golflengten, zelfs gammastraling.”

Het belangrijkste doel van de recente studie van Crinquand en collega’s was om voorspellingen te doen over hoe afbeeldingen van het M87 * zwarte gat, verzameld door de EHT-samenwerking, eruit zouden zien als ze werden verzameld tijdens een van de veelvoorkomende emissie-uitbarstingen. Om dit te doen, voerden ze een reeks kinetische plasmasimulaties uit, die de nabijheid van een ronddraaiend zwart gat modelleren tijdens dergelijke explosies.

“Deze nieuwe simulatietool om het gedrag van plasma’s in zo’n extreme omgeving te begrijpen Het is zeer recent ontwikkeldKrinkwand legde uit dat het zijn doel is om plasma’s te behandelen vanuit de eerste beginselen en om de relevante microfysica op te nemen, die zal worden weggespoeld in het kader van de Common Fluid (Magnetic Dynamics Simulations). Dan moet je uitzoeken hoe materie is gekoppeld aan straling, die uiteindelijk vanaf de aarde wordt waargenomen.”

Theoretische en experimentele studies hebben aangetoond dat fotonen in omgevingen met zwarte gaten niet in rechte lijnen worden verstrooid vanwege hun sterke zwaartekracht. In hun kinetische simulaties probeerden Krinkwand en collega’s dit uit te leggen door een ray tracing-eenheid te implementeren, die het door het plasma uitgezonden licht rond een zwart gat van de simulatie naar een waarnemer volgt.

Over het algemeen geven de simulaties van dit team van onderzoekers aan dat, onder bepaalde omstandigheden, magnetische veldinstabiliteit radiogolven kan produceren. aantrekkingspunten, die in een baan om de schaduw van het zwarte gat zal draaien. Het team voorspelde dat voor grote zwarte gaten, zoals M87*, de omloopstraal van deze hotspots ruwweg drie keer groter zou zijn dan die van het zwarte gat, en dat het ongeveer vijf dagen zou duren voordat de hotspots rond het zwarte gat cirkelen.

“Onze belangrijkste bijdrage is het besef dat wanneer een zwart gat zich in een dergelijke staat bevindt, het beeld hotspots moet laten zien, die naar verwachting in de loop van de tijd zullen roteren”, zei Krinkwand. “Deze hotspots zijn een teken van ‘plasmoïden’, dit zijn magnetische structuren ingesloten in de magnetosfeer van een zwart gat. We verwachten ook dat het beeld zal krimpen binnen de ‘fotonenring’, gewoonlijk de schaduw genoemd die EHT in 2019 waarneemt.”

De simulaties die door dit team van onderzoekers worden uitgevoerd, bieden een interessante theoretische hypothese die kan worden geverifieerd door toekomstige astronomische waarnemingen. Ze speculeerden met name dat de stralingsemissiepatronen die rond zwarte gaten worden waargenomen, kunnen worden veroorzaakt door het breken van magnetische velden en de daaruit voortvloeiende vorming van radiogolfhotspots.

De huidige versie van EHT is mogelijk niet gevoelig genoeg om de gesimuleerde emissiepatronen vast te leggen vanwege de beperkte ruimtelijke en temporele resolutie. Crinquand en zijn collega’s hopen echter dat toekomstige versies van de telescoop hun theorie zullen helpen valideren.

“In de toekomst willen we twee onderzoekslijnen volgen”, voegde Krinkwand eraan toe. “Eerst updaten we onze module om rekening te houden met de polarisatie van de uitgezonden straling, om de voorspellende kracht van ons model te vergroten. In 2021 heeft de EHT gepolariseerde waarnemingen van M87* vrijgegeven, dus dit is het moment voor theoretici om voorspellingen te doen “. In theorie willen we ook beter begrijpen. Wat drijft deze overgang tussen een kalme toestand en een opflakkering? We zullen vooral de bijbehorende tijdschalen moeten begrijpen: frequentie van de uitbarsting, typische hoogte, tijd, enz. ”

© 2022 Wetenschap X Netwerk