Simulările pe supercomputer dezvăluie natura turbulenței în discurile de acumulare a găurilor negre

Cercetătorii de la Universitatea Tohoku și Universitatea Utsunomiya au făcut progrese majore în înțelegerea naturii complexe a turbulențelor în structurile numite discuri de acreție care înconjoară găurile negre, folosind supercalculatoare avansate pentru a rula simulări cu cea mai înaltă rezoluție posibilă până acum.

Un disc de acreție, după cum sugerează și numele, este un gaz în formă de disc care se îndreaptă spre interior spre o gaură neagră centrală.

Există un mare interes în studierea proprietăților unice și extreme ale găurilor negre. Cu toate acestea, găurile negre nu permit luminii să scape și, prin urmare, nu pot fi percepute direct de telescoape.

Pentru a explora și a studia găurile negre, ne uităm în schimb la modul în care acestea afectează mediul înconjurător. Discurile de acreție sunt o modalitate de a observa indirect efectele găurilor negre, deoarece emit radiații electromagnetice care pot fi văzute cu telescoape.

„Simulările precise ale comportamentului discurilor de acreție îmbunătățesc considerabil înțelegerea fenomenelor fizice din jurul găurilor negre și oferă, de asemenea, perspective cruciale pentru interpretarea datelor observaționale de la Telescopul Event Horizon”, spune Yohei Kawazura.

Cercetătorii au folosit computere super-rapide, cum ar fi Fugaku de la RIKEN (cel mai rapid computer din lume până în 2022) și ATERUI II de la NAOJ pentru a rula simulări de înaltă rezoluție fără precedent.

cel El studiază A fost publicat în Progresul stiintific Pe 28 august 2024.

Deși au existat anterior simulări numerice ale discurilor de acreție, banda inerțială nu a fost observată din cauza lipsei resurselor de calcul. Acest studiu a fost primul care a reprodus cu succes „banda inerțială” care leagă turbulențele mari și mici în turbulența discului de acreție.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că „undele magnetoacustice lente” domină acest interval. Această descoperire explică de ce ionii sunt încălziți selectiv în discuri de acreție. Câmpurile electromagnetice turbulente din discurile de acreție interacționează cu particulele încărcate, accelerând potențial unele dintre ele la energii extrem de mari.

În magnetohidrodinamică, undele magnetoacustice (lente și rapide) și undele Alfvén constituie tipurile de bază de unde. S-a descoperit că undele magnetoacustice lente domină banda inerțială, transportând aproximativ de două ori energia undelor Alfvén. De asemenea, cercetarea evidențiază o diferență fundamentală între turbulența discului de acreție și turbulența vântului solar, unde domină undele Alfvén.

Acest progres este de așteptat să îmbunătățească interpretarea fizică a datelor de observație de la radiotelescoape concentrate pe regiunile din apropierea găurilor negre.