Струя из гигантской галактики M87 смоделирована на суперкомпьютере
Галактика Мессье 87 (M87) расположена на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы. Это гигантская галактика с 12 000 шаровыми скоплениями, из-за чего 200 шаровых скоплений Млечного Пути кажутся скромными по сравнению с ними. В центре M87 находится черная дыра с массой шесть с половиной миллиардов солнечных масс. Это первая черная дыра, для которой существует изображение, созданное в 2019 году международным исследовательским коллаборацией Event Horizon Telescope.<br>Эта черная дыра M87 стреляет струей плазмы со скоростью, близкой к скорости света, так называемой релятивистской струей длиной 6000 световых лет. Огромная энергия, необходимая для питания этой струи, вероятно, исходит из гравитационного притяжения черной дыры. Но как возникает такая струя и что обеспечивает ее устойчивость на огромные расстояниях, еще не совсем понятно.<br>M87 притягивает материю, которая вращается в диске по уменьшающейся орбите, пока не будет поглощена черной дырой. Струя запускается из центра аккреционного диска, окружающего M87, и физики-теоретики из Университета Гете вместе с учеными из Европы, США и Китая очень подробно смоделировал этот регион.<br>Они использовали сложнейшее трехмерное моделирование на суперкомпьютере, в котором используется ошеломляющее количество часов ЦП на моделирование, и им приходилось одновременно решать уравнения общей теории относительности Альберта Эйнштейна, уравнения электромагнетизма Джеймса Максвелла и уравнения гидродинамики Леонард Эйлер.<br>Результатом стала модель, в которой значения, рассчитанные для температуры, плотности вещества и магнитных полей, удивительно хорошо соответствуют тому, что было выведено из астрономических наблюдений. На этой основе ученые смогли отследить сложное движение фотонов в искривленное пространство-время самой внутренней области джета и преобразовать это в радиоизображения. Затем они смогли сравнить эти смоделированные на компьютере изображения с наблюдениями, сделанными с помощью многочисленных радиотелескопов и спутников за последние три десятилетия.<br>Доктор Алехандро Крус-Осорио, ведущий автор исследования, отмечает, что «наша теоретическая модель электромагнитного излучения и морфологии струи M87 на удивление хорошо согласуется с наблюдениями в радио, оптическом и инфракрасном спектрах. Сверхмассивная черная дыра M87, вероятно, быстро вращается и плазма сильно намагничена в струе, разгоняя частицы до масштабов в тысячи световых лет».<br>Профессор Лучано Резцолла из Института теоретической физики Университета Гете во Франкфурте отмечает, что «тот факт, что рассчитанные нами изображения так близки к астрономическим наблюдениям, является еще одним важным подтверждением того, что общая теория относительности Эйнштейна является наиболее точным и естественным объяснением существования сверхмассивных черных дыр в центре галактик. Хотя еще есть место для альтернативных объяснений, но результаты нашего исследования сделали эту «комнату» намного меньше».<br>Результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
