Det svarta hålet M87 skjuter jetstrålar med nästan ljusets hastighet

Galaxen Messier 87 (M87) ligger 55 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Jungfrun. Detta är en jättegalax med 12 tusen klothopar, Vintergatans 200 klothopar verkar blygsamma i jämförelse. I mitten av M87 finns ett svart hål med en massa på 6,5 miljarder solmassor. Detta är det första svarta hålet som det finns en bild för, skapat 2019 av det internationella forskningssamarbetet Event Horizon Telescope.

Detta svarta hål M87 skjuter ut en plasmastråle med hastigheter nära ljusets hastighet, kallad relativistisk jet 6 tusen ljusår lång. Den enorma energi som krävs för att driva denna jet kommer troligen från det svarta hålets gravitationskraft. Men hur ett sådant jetplan uppstår och vad som säkerställer dess stabilitet över stora avstånd är fortfarande inte helt klart.

M87 drar till sig materia, som roterar i skivan i en krympande bana tills den absorberas av det svarta hålet. Jetplanet lanseras från mitten av ackretionsskivan som omger M87, och teoretiska fysiker vid Goethe-universitetet, tillsammans med forskare från Europa, USA och Kina, har modellerat denna region i detalj. De använde den mest komplexa XNUMXD-simuleringen på en superdator, som använder en svindlande mängd CPU-tid för simuleringen, och var tvungna att samtidigt lösa ekvationerna i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, James Maxwells ekvationer för elektromagnetism och Leonard Eulers ekvationer för hydrodynamik. . Resultatet blev en modell där de beräknade värdena för temperatur, materiedensitet och magnetfält överraskande väl överensstämmer med vad som härleddes från astronomiska observationer.

På grundval av detta kunde forskare spåra den komplexa rörelsen av fotoner i den skeva rumtiden i det innersta området av jetstrålen och förvandla det till en radiobild. De kunde sedan jämföra dessa datorsimulerade bilder med observationer som gjorts av många radioteleskop och satelliter under de senaste tre decennierna.

Dr Alejandro Cruz-Osorio, huvudförfattare till studien, noterar att "vår teoretiska modell av den elektromagnetiska emissionen och jetmorfologin hos M87 överensstämmer förvånansvärt bra med observationer i radio-, optik- och infrarödspektra. Det supermassiva svarta hålet M87 roterar sannolikt snabbt och plasman är starkt magnetiserad i strålen, vilket accelererar partiklar till skalor av tusentals ljusår."

Professor Luciano Rezzolla från Institutet för teoretisk fysik vid Goethe-universitetet i Frankfurt noterar att "det faktum att våra beräknade bilder ligger så nära astronomiska observationer är en annan viktig bekräftelse på att Einsteins allmänna relativitetsteori är den mest korrekta och naturliga förklaringen till existensen. av supermassiva svarta hål i mitten av galaxer. Även om det fortfarande finns utrymme för alternativa förklaringar, har resultaten av vår studie gjort detta "rum" mycket mindre."

Läs också:

• Dessa hypotetiska svarta hål kan radera ditt förflutna och förändra din framtid
• Ett mystiskt "svart hål" upptäcktes på Googles satellitkartor