Simulasi superkomputer menjelaskan kekuatan besar lubang hitam pekat – menegaskan teori relativitas umum Einstein

Sebuah lubang hitam besar dengan jet sinar-X. Kredit: NASA/CXC/M. Weiss

Konfirmasi lebih lanjut dari teori relativitas umum Einstein.

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

Lubang hitam ini (M87 *) melepaskan pancaran plasma Mendekati kecepatan cahaya, yang disebut bidang relativistik, pada skala 6000 tahun cahaya. Energi besar yang dibutuhkan untuk menggerakkan jet ini mungkin berasal dari gaya gravitasi lubang hitam, tetapi bagaimana jet seperti ini muncul dan apa yang membuatnya tetap stabil dalam jarak yang sangat jauh belum sepenuhnya dipahami.

Model teoritis (teori) dan pengamatan astronomi (pengamatan) dari lokasi peluncuran jet relativistik M87 adalah pasangan yang sangat cocok. Kredit: Alejandro Cruz Osorio

Lubang hitam M87* menarik materi yang berputar dalam piringan ke orbit yang lebih kecil sampai lubang hitam menelannya. Jet diluncurkan dari pusat piringan akresi yang mengelilingi M87, dan fisikawan teoretis di Universitas Goethe, bersama dengan ilmuwan dari Eropa, Amerika Serikat, dan China, telah merancang area ini dengan sangat rinci.

Mereka menggunakan simulasi superkomputer 3D yang sangat canggih yang menggunakan 1 juta jam CPU yang mengejutkan per simulasi, dan harus secara bersamaan memecahkan persamaan relativitas umum oleh Albert Einstein, persamaan untuk elektromagnetisme oleh James Maxwell, dan persamaan dinamika fluida oleh Leonhard Euler.

Di sepanjang garis medan magnet, partikel berakselerasi dengan sangat efisien sehingga membentuk pancaran hingga skala 6000 tahun cahaya dalam kasus M87. Kredit: Alejandro Cruz Osorio

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

Dr. Alejandro Cruz Osorio, penulis utama studi ini, berkomentar: “Model teoretis kami tentang emisi elektromagnetik dan morfologi jet M87 secara mengejutkan cocok dengan pengamatan di spektrum radio, optik, dan inframerah. Ini memberi tahu kita bahwa lubang hitam supermasif M87* adalah mungkin sangat mengorbit dan plasma sangat termagnetisasi di dalam pesawat, mempercepat partikel ke kisaran ribuan tahun cahaya.”

Profesor Luciano Rizzola, Institut Fisika Teoritis di Universitas Goethe Frankfurt mencatat: “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 keberadaannya daripada supermasif. lubang hitam di pusat galaksi. Sementara masih ada ruang untuk penjelasan alternatif, hasil penelitian kami membuat ruangan ini jauh lebih kecil.”

Referensi: “Model Aktif dan Morfologis Terbaru dari Situs Peluncuran M87” Oleh Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer dan Luciano Rizzola, 4 November 2021 , astronomi alam.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w