Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zdá se, že černá díra v M87 obsahuje elektrony, které jsou asi 100krát chladnější než protony.
První snímky černé díry v centru galaxie Messier 87 ohromily svět v roce 2019. Jsou to ty známé obrázky zářícího objektu ve tvaru koblihy, obří černá díra M87 se nachází 55 milionů světelných let od Země. Simulace na superpočítačích nyní pomáhají vědcům prohloubit jejich porozumění prostředí za „stínem“ černé díry, tedy materiálu těsně u jejího horizontem událostí.
„Od té doby, co jsme pořídili první snímek černé díry, bylo vynaloženo mnoho úsilí, abychom lépe porozuměli prostředí v bezprostřední blízkosti černé díry,“ řekl Andrew Chael, výzkumný pracovník na Princetonské univerzitě a člen Princeton Gravity Initiative. Chael je členem Event Horizon Telescope Collaboration (EHT), která propojuje dalekohledy z celého světa a vytváří tak jakýsi jediný „megadalekohled“. EHT využívá techniku Very Long Baseline Interferometry, což je typ astronomické interferometrie používaný v radioastronomii, který porovnává signály dalekohledů a spojuje je dohromady.
Podrobnější obraz černé díry M87 ukázal světlo z horkých elektronů, které obíhají kolem okolních magnetických siločar a produkují synchrotronové záření (tj. záření nabitých částic pohybujících se po zakřivených drahách).
„Chceme pochopit povahu částic tohoto plazmatu, které černá díra pohlcuje, a podrobnosti o magnetických polích interagujících s plazmatem, které v M87 vyvolává obrovské proudy subatomárních částic,“ uvedl dále A. Chael.
Nová studie je prvním pokusem o použití pokročilejší, výpočetně náročnější techniky k přímému modelování těchto samostatných druhů částic, elektronů a protonů, s cílem pochopit, jak vzájemně interagují, a zejména jaká je jejich relativní teplota. Simulacemi vědci zjistili, že teplota elektronů je mnohem vyšší, než by se v případě M87 předpokládalo. Výsledky poukazují na zásadní rozpor mezi současnými modely ohřevu elektronů v plazmové fyzice a daty zjištěnými v rámci projektu EHT.
„Zdá se, že černá díra v M87 obsahuje elektrony, které jsou asi 100krát chladnější než protony. To je zajímavý výsledek,“ říká A. Chael.
Pro tuto studii byla na superpočítačích Stampede2 a Stampede3 v Texas Advanced Computing Center provedena série 11 simulací obecné relativistické magnetohydrodynamiky (GRMHDS), které pokrývají řadu různých rotací černých děr. Obecná relativistická část simulace zohledňuje silnou gravitaci v časoprostoru černé díry. Magnetohydrodynamická část simulace využívá přístup fluidní dynamiky k magnetickým polím černé díry.
Simulace ve vysokém rozlišení odhalily, že ačkoli stín černé díry zůstává z roku na rok pozoruhodně konzistentní co do velikosti a obecné struktury, není zdaleka statický. Nejjasnější bod na prstenci se také v průběhu času posouvá, což je způsobeno turbulentním mícháním a dynamickými toky plazmy v blízkosti horizontu událostí. Vzhled černé díry se jemně, ale měřitelně vyvíjí, protože různé oblasti plynu se v důsledku těchto chaotických procesů zahřívají nebo ochlazují.
Andrew Chael, Survey of radiative, two-temperature magnetically arrested simulations of the black hole M87* I: turbulent electron heating, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf200
Zdroj: University of Texas at Austin / Phys.org, přeloženo / zkráceno
