Nuova comprensione di misteriosi getti di buchi neri

Nuova comprensione di misteriosi getti di buchi neri

Grazie alle prime simulazioni eseguite su un supercomputer, gli scienziati hanno acquisito una nuova visione di uno dei fenomeni più misteriosi - il comportamento dei jet relativistici provenienti dai buchi neri.

Le simulazioni avanzate mostrano che i flussi di getto cambiano gradualmente direzione nel cielo, a causa del quale lo spazio-tempo viene trascinato nella rotazione di un buco nero. Questo comportamento è coerente con le previsioni di Albert Einstein sulla gravità estrema vicino ai buchi neri rotanti.

Capire il processo di rotazione dei buchi neri e la distorsione dello spazio-tempo attorno a loro è ancora un enigma. Ma il supercomputer ci avvicina gradualmente alla risposta.

I buchi neri che ruotano rapidamente non solo assorbono la materia, ma rilasciano anche energia sotto forma di getti relativistici. Il gas e i campi magnetici che entrano nel foro ruotano per formare un disco - linee di campo magnetico impigliato e gas caldo. Il buco nero assorbe questo brodo astronomico, lasciando linee di campo magnetico. Questo trasforma un buco nero in una piattaforma di lancio, da cui l'energia sotto forma di getti relativistici si diffonde nello spazio.

Una simulazione creata sul supercomputer Blue Waters. Dimostra che i jet relativistici seguono insieme alla precessione di un disco di accrescimento inclinato attorno a un buco nero. Questa è una simulazione della massima risoluzione del buco nero di accrescimento

I jet rilasciati sono molto più facili da studiare rispetto ai buchi neri stessi. Questo studio ci permette di capire quanto rapidamente la direzione del getto sta cambiando, così come capire la direttività e i parametri del disco rotante.

I primi modelli si concentravano su dischi livellati. In realtà, si trovano ad un angolo (il disco ruota attorno ad un asse separato dal buco nero). Lo studio conferma che, quando inclinati, i dischi cambiano direzione rispetto al buco nero.

In precedenza, i getti di precessione non potevano essere trovati, perché la creazione di un modello 3D dell'area attorno a un buco nero che ruotava rapidamente richiede un'enorme potenza computazionale. Questo è il motivo per cui ho dovuto scrivere il primo codice della simulazione del buco nero accelerato dai processori grafici. Di conseguenza, gli scienziati sono stati in grado di testare simulazioni su uno dei più grandi supercomputer al mondo, Blue Waters.

L'alta risoluzione ha permesso per la prima volta di verificare che il movimento turbolento su piccola scala del disco fosse stato fissato nei modelli. Sorprendentemente, i movimenti erano così forti da costringere il disco ad ingrassare e la precessione si fermò.

Confronto tra simulazione a bassa risoluzione (a sinistra) e Acque blu alte (a destra). Il secondo modello mostra che la precessione e l'allineamento rallentano a causa dell'espansione del disco a causa della turbolenza magnetica

L'accrezione del buco nero è un sistema incredibilmente complesso che assomiglia a un uragano. Ma il processo arriva così lontano che non possiamo considerare di farlo. Pertanto, le simulazioni consentono una comprensione molto più chiara del comportamento dei buchi neri.

I risultati della simulazione influenzeranno ulteriori ricerche relative ai buchi neri rotanti. Aiuterà anche a capire le onde gravitazionali create dall'impatto di stelle di neutroni e fuochi d'artificio elettromagnetici. I calcoli influenzeranno anche l'interpretazione dell'osservazione dell'Horizon Telescope dell'evento che registra l'ombra di un buco nero supermassiccio nel centro galattico.

Inoltre, la precessione dei getti è stata in grado di spiegare le oscillazioni della luce intensa che si verifica a causa dei buchi neri. Stiamo parlando di oscillazioni quasi periodiche. Per la prima volta furono notati nel 1985.

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