diciembre 5, 2021

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La simulazione al supercomputer spiega l’enorme potenza di un buco nero jet – conferma la teoria della relatività generale di Einstein

Un enorme buco nero con un getto di raggi X. Credito: NASA/CXC/M. Weiss

Ulteriore conferma della teoria della relatività generale di Einstein.

La galassia Messier 87 (M87) si trova a 55 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione della Vergine. È una galassia gigante con 12.000 ammassi globulari, che la rendono via LatteaI 200 ammassi globulari sembrano modesti al confronto. un Buco nero Dei sei miliardi e mezzo di masse solari situate al centro di M87. È il primo buco nero ad avere un’immagine, creato nel 2019 dalla collaborazione di ricerca internazionale Event Horizon Telescope.

Questo buco nero (M87*) rilascia un getto di plasma Vicino alla velocità della luce, il cosiddetto piano relativistico, su una scala di 6000 anni luce. L’enorme energia necessaria per alimentare questo getto deriva probabilmente dalla forza gravitazionale del buco nero, ma non è ancora del tutto chiaro come emerga un getto come questo e cosa lo mantenga stabile sull’enorme distanza.

Modello teorico relativistico del getto M87 e osservazioni astronomiche

Il modello teorico (teoria) e le osservazioni astronomiche (osservazione) del sito di lancio del getto relativistico M87 sono un ottimo abbinamento. Credito: Alejandro Cruz Osorio

Il buco nero M87* attrae la materia che ruota in un disco in orbite più piccole finché il buco nero non la inghiotte. Il getto viene lanciato dal centro del disco di accrescimento che circonda M87 e i fisici teorici della Goethe University, insieme a scienziati provenienti da Europa, Stati Uniti e Cina, hanno progettato quest’area nei minimi dettagli.

Hanno usato simulazioni di supercomputer 3D altamente sofisticate che hanno utilizzato l’incredibile cifra di 1 milione di ore CPU per simulazione e hanno dovuto risolvere contemporaneamente le equazioni della relatività generale di Albert Einstein, le equazioni per l’elettromagnetismo di James Maxwell e le equazioni della fluidodinamica di Leonhard Euler.

Linee di campo magnetico del buco nero del getto relativistico M87

Lungo le linee del campo magnetico, le particelle accelerano in modo così efficiente da formare getti fino a 6000 anni luce di distanza nel caso di M87. Credito: Alejandro Cruz Osorio

Il risultato è stato un modello in cui i valori calcolati di temperature, densità del materiale e campi magnetici corrispondevano notevolmente bene a quanto dedotto dalle osservazioni astronomiche. Su questa base, gli scienziati sono stati in grado di tracciare il complesso movimento dei fotoni nello spaziotempo curvo della regione più interna del piano e tradurlo in immagini radio. Sono stati quindi in grado di confrontare queste immagini del computer con le osservazioni fatte con diversi radiotelescopi e satelliti negli ultimi tre decenni.

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Il Dr. Alejandro Cruz Osorio, autore principale dello studio, commenta: «Il nostro modello teorico dell’emissione elettromagnetica e della morfologia del getto di M87 corrisponde sorprendentemente alle osservazioni negli spettri radio, ottici e infrarossi. Questo ci dice che il buco nero supermassiccio M87* è probabilmente altamente orbitante e che il plasma è fortemente magnetizzato nel piano, accelerando le particelle a intervalli di migliaia di anni luce».

Il professor Luciano Rizzola, Istituto di Fisica Teorica presso l’Università Goethe di Francoforte osserva: “Il fatto che le immagini che abbiamo calcolato siano molto vicine alle osservazioni astronomiche è un’altra importante conferma che la teoria della relatività generale di Einstein è la spiegazione più accurata e naturale per la sua esistenza rispetto al supermassiccio buchi neri al centro delle galassie. Anche se c’è ancora spazio per spiegazioni alternative, i risultati del nostro studio hanno reso questa stanza molto più piccola».

Riferimento: «Latest Active and Morphological Models of the M87 Launch Site» di Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer e Luciano Rizzola, 4 novembre 2021 , astronomia naturale.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w