Kako crne rupe proizvode silovite mlazove objašnjeno pomoću složenih simulacija

Skoro dva veka nije bilo jasno da je sjajna tačka u sazvežđu Devica, koju je Šarl Mesje 1781. godine opisao kao „87: Maglina bez zvezda“, zapravo veoma velika galaksija. Zbog toga inicijalno nije bilo objašnjenja za neobičan mlaz, otkriven 1918, koji dolazi iz centra ove „magline“.

U središtu džinovske galaksije M87 nalazi se crna rupa M87*, koja ima zapanjujućih šest i po milijardi solarnih masa i vrti se brzo oko svoje ose. Pomoću energije od ove rotacije, M87* napaja mlaz čestica izbačen skoro brzinom svetlosti, preko enormnih 5.000 svetlosnih godina. Takve mlazeve takođe stvaraju druge rotirajuće crne rupe. To doprinosi rasejavanju energije i materije po univerzumu i može uticati na evoluciju čitavih galaksija, piše EurekAlert.

Preporučujemo

Astrofizičari sa Univerziteta Gete u Frankfurtu razvili su numerički kod, takozvani frankfurtski „čestica u ćeliji“ kod za prostor-vremena crnih rupa (FPIC), koji vrlo precizno opisuje procese koji pretvaraju rotacionu energiju u mlaz čestica.

Rezultat: pored mehanizma Blenford-Znajek, koji se smatrao odgovornim za ekstrakciju rotacione energije iz crne rupe putem jakih magnetnih polja, naučnici su otkrili da je još jedan proces uključen u ekstrakciju energije – magnetna rekonekcija. U ovom procesu linije magnetnih polja pucaju i ponovo se sklapaju, što dovodi do pretvaranja magnetne energije u toplotu, zračenje i erupcije plazme.

FPIC kod je simulirao evoluciju velikog broja naelektrisanih čestica i ekstremnih elektromagnetnih polja pod uticajem snažne gravitacije crne rupe.

„Simulacija takvih procesa je ključna za razumevanje složene dinamike relativističkih plazmi u zakrivljenim prostor-vremenima blizu kompaktnih objekata, pod upravom interakcije ekstremnih gravitacionih i magnetnih polja“, kažu istraživači.

Ispitivanja su zahtevala visokointenzivne superkompjuterske simulacije koje su trošile milione sati centralnog procesora. Ova velika kompjuterska moć bila je bitna za rešavanje Maksvelovih jednačina i jednačina kretanja za elektrone i pozitrone po Ajnštajnovoj teoriji opšte relativnosti.

U ekvatorijalnoj ravni crne rupe, kalkulacije su otkrile jaku aktivnost rekonekcije, koja je vodila ka formiranju lanca plazmoida – kondenzacije plazme u energetske „mehure“ – krećući se skoro brzinom svetlosti.

Ovaj proces je praćen stvaranjem čestica sa negativnom energijom, čime su pokrenuti moćni ekstremni astrofizički fenomeni poput mlazeva i erupcija plazme.

„Naši rezultati predstavljaju fascinantnu mogućnost da mehanizam Blenford-Znajeka nije jedini astrofizički proces sposoban za ekstrakciju rotacione energije iz crne rupe, već da i magnetna rekonekcija doprinosi“, kažu istraživači. „Naš rad pokazuje kako je energija efikasno ekstrahovana iz rotirajućih crnih rupa i kanalisana u mlazeve“.

Ovo pomaže da se objasne ekstremni luminoziteti aktivnih galaktičkih jezgara, kao i ubrzanje čestica do skoro brzine svetlosti. Veoma je uzbudljivo i fascinantno bolje razumeti šta se dešava u blizini crne rupe koristeći sofisticirane numeričke kodove, kažu istraživači.

Još je vrednija sposobnost da se objasne rezultati ovih složenih simulacija pomoću rigoroznog matematičkog tretmana, kao što je urađeno u ovoj studiji.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)