noviembre 28, 2021

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La simulación de supercomputadora explica el enorme poder de un agujero negro azabache: confirma la teoría de la relatividad general de Einstein

Un enorme agujero negro con un chorro de rayos X. Crédito: NASA / CXC / M. Weiss

Confirmación adicional de la teoría de la relatividad general de Einstein.

La galaxia Messier 87 (M87) se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo. Es una galaxia gigante con 12.000 cúmulos globulares, lo que la convierte en vía LácteaLos 200 cúmulos globulares parecen modestos en comparación. a Calabozo De los seis mil quinientos millones de masas solares ubicadas en el centro de M87. Es el primer agujero negro en tener una imagen, creado en 2019 por la colaboración de investigación internacional Event Horizon Telescope.

Este agujero negro (M87 *) libera un chorro de plasma Cerca de la velocidad de la luz, el llamado plano relativista, en una escala de 6000 años luz. La enorme energía necesaria para impulsar este chorro probablemente proviene de la fuerza gravitacional del agujero negro, pero aún no se comprende por completo cómo emerge un chorro como este y qué lo mantiene estable a lo largo de la enorme distancia.

M87 Modelo Teórico Relativista Jet y Observaciones Astronómicas

El modelo teórico (teoría) y las observaciones astronómicas (observación) del lugar de lanzamiento del jet relativista M87 son una muy buena combinación. Crédito: Alejandro Cruz Osorio

El agujero negro M87 * atrae materia que gira en un disco en órbitas más pequeñas hasta que el agujero negro se la traga. El jet se lanza desde el centro del disco de acreción que rodea a M87, y físicos teóricos de la Universidad Goethe, junto con científicos de Europa, Estados Unidos y China, han diseñado esta área con gran detalle.

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Utilizaron simulaciones de supercomputadoras 3D altamente sofisticadas que utilizaron la asombrosa cantidad de 1 millón de horas de CPU por simulación, y tuvieron que resolver simultáneamente las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein, las ecuaciones de electromagnetismo de James Maxwell y las ecuaciones de dinámica de fluidos de Leonhard Euler.

Líneas de campo magnético de agujero negro de chorro relativista M87

A lo largo de las líneas del campo magnético, las partículas se aceleran de manera tan eficiente que forman chorros de hasta 6000 años luz de distancia en el caso de M87. Crédito: Alejandro Cruz Osorio

El resultado fue un modelo en el que los valores calculados de temperaturas, densidad del material y campos magnéticos coincidían notablemente bien con lo que se infirió a partir de observaciones astronómicas. Sobre esta base, los científicos pudieron rastrear el movimiento complejo de los fotones en el espacio-tiempo curvo de la región más interna del plano y traducirlo en imágenes de radio. Luego pudieron comparar estas imágenes de computadora con observaciones realizadas con varios radiotelescopios y satélites durante las últimas tres décadas.

El Dr. Alejandro Cruz Osorio, autor principal del estudio, comenta: “Nuestro modelo teórico de la emisión electromagnética y la morfología del chorro de M87 coincide sorprendentemente con las observaciones en los espectros de radio, óptico e infrarrojo. Esto nos dice que el agujero negro supermasivo M87 * es probablemente en órbita muy alta y que el plasma está fuertemente magnetizado. en el plano, acelerando las partículas a rangos de miles de años luz «.

El profesor Luciano Rizzola, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt, señala: “El hecho de que las imágenes que calculamos estén muy cerca de las observaciones astronómicas es otra confirmación importante de que la teoría de la relatividad general de Einstein es la explicación más precisa y natural de su existencia que la supermasiva agujeros negros en el centro de las galaxias. Aunque todavía hay espacio para explicaciones alternativas, los resultados de nuestro estudio hicieron que esta habitación fuera mucho más pequeña «.

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Referencia: “Últimos modelos activos y morfológicos del sitio de lanzamiento del M87” Por Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer y Luciano Rizzola, 4 de noviembre de 2021 , astronomía natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w