Simulasi superkomputer menjelaskan jet lubang hitam yang sangat kuat – menegaskan teori relativitas umum Einstein

Konfirmasi lain dari teori relativitas umum Einstein.

Galaksi Messier 87 (M87) terletak 55 juta tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Virgo. Ini adalah galaksi besar dengan 12.000 gugus bola, apa? Bima Sakti200 gugus bola tampak sederhana dibandingkan. A lubang hitam pusat M87 adalah rumah bagi enam setengah miliar massa matahari. Ini adalah lubang hitam pertama dengan gambar yang dibuat pada tahun 2019 oleh kolaborasi penelitian internasional Event Horizon Telescope.

Lubang hitam ini (M87 *) menembakkan sinar plasma pada kecepatan hampir cahaya, yang disebut jet relativistik, pada skala 6.000 tahun cahaya. Jumlah energi yang sangat besar yang dibutuhkan untuk mendorong jet ini mungkin berasal dari tarikan gravitasi lubang hitam, tetapi bagaimana jet semacam itu dibuat dan apa yang membuatnya stabil dalam jarak yang sangat jauh tidak sepenuhnya dipahami.

Model teoritis (teori) dan pengamatan astronomi (pengamatan) dari lokasi peluncuran jet relativistik M87 berjalan sangat baik bersama-sama. Kredit foto: Alejandro Cruz-Osorio

Lubang hitam M87 * menarik materi yang berputar dalam piringan dalam orbit yang semakin kecil hingga ditelan oleh lubang hitam. Jet lepas landas dari pusat piringan akresi di sekitar M87. Fisikawan teoretis di Universitas Goethe kini telah memodelkan wilayah ini secara rinci bersama dengan para ilmuwan dari Eropa, Amerika Serikat, dan Cina.

Mereka menggunakan simulasi superkomputer tiga dimensi yang canggih yang menggunakan jumlah mengejutkan dari satu juta jam CPU per simulasi, sementara juga harus menggunakan persamaan relativitas umum Albert Einstein, persamaan elektromagnetisme James Maxwell, dan persamaan dinamika fluida Leonhard Euler pada waktu yang sama.

Partikel dipercepat sepanjang garis medan magnet dengan sangat efisien sehingga dalam kasus M87 mereka membentuk pancaran dengan orde 6000 tahun cahaya. Kredit foto: Alejandro Cruz-Osorio

Hasilnya adalah model di mana nilai-nilai yang dihitung untuk suhu, kepadatan materi, dan medan magnet sangat cocok dengan apa yang diperoleh dari pengamatan astronomi. Atas dasar ini, para ilmuwan dapat melacak pergerakan kompleks foton di ruang-waktu melengkung dari wilayah terdalam jet dan menerjemahkannya ke dalam gambar radio. Mereka kemudian dapat membandingkan gambar model komputer ini dengan pengamatan yang dilakukan dengan banyak teleskop radio dan satelit selama tiga dekade terakhir.

dr. Alejandro Cruz-Osorio, penulis pertama studi tersebut, berkomentar: “Model teoretis kami tentang emisi elektromagnetik dan morfologi jet M87 sangat cocok dengan pengamatan di spektrum radio, optik, dan inframerah. Ini memberi tahu kita bahwa lubang hitam supermasif M87 * kemungkinan besar akan berotasi dengan kuat dan plasma di dalam jet termagnetisasi dengan kuat, mempercepat partikel hingga ribuan tahun cahaya.”

Profesor Luciano Rezzolla, Institut Fisika Teoritis di Universitas Goethe Frankfurt, berkomentar: “Fakta bahwa gambar yang kami hitung sangat dekat dengan pengamatan astronomi adalah konfirmasi penting lainnya bahwa teori relativitas umum Einstein adalah penjelasan paling akurat dan alami untuk keberadaan adalah . ”dari lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Sementara masih ada ruang untuk penjelasan alternatif, hasil penelitian kami telah membuat ruangan itu jauh lebih kecil.”

Referensi: “Pemodelan energetik dan morfologi mutakhir dari lokasi peluncuran jet M87” oleh Alejandro Cruz-Osorio, Christian M. Fromm, Yosuke Mizuno, Antonios Natanail, Ziri Younsi, Oliver Porth, Jordy Davelaar, Heino Falcke, Michael Kramer dan Luciano Rezzolla, 4 November 2021, Astronomi alam.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w