제트 블랙홀의 엄청난 힘을 설명하는 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 – 아인슈타인의 일반 상대성 이론 확인

X선 제트가 있는 거대한 블랙홀. 크레딧: NASA/CXC/M. Weiss

아인슈타인의 일반 상대성 이론의 추가 확인.

Messier 87(M87) 은하는 지구에서 처녀자리 방향으로 5,500만 광년 떨어져 있습니다. 12,000개의 구상성단을 가진 거대한 은하이다. 은하수200개의 구상 성단은 그에 비해 겸손해 보입니다. NS 블랙홀 65억 개의 태양 질량 중 M87의 중심에 있습니다. 2019년 국제 연구 협력 이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope)이 만든 이미지가 있는 최초의 블랙홀입니다.

이 블랙홀(M87 *)은 분출하는 혈장 6000광년 규모의 소위 상대론적 평면인 빛의 속도에 가깝습니다. 이 제트에 동력을 공급하는 데 필요한 엄청난 에너지는 아마도 블랙홀의 중력에서 비롯된 것일 수 있지만, 이와 같은 제트가 어떻게 출현하고 엄청난 거리에서 이를 안정적으로 유지하는 방법은 아직 완전히 이해되지 않았습니다.

M87 상대론적 제트 이론 모델 및 천문 관측

M87 상대론적 제트기 발사 지점의 이론적 모델(이론)과 천문관측(관측)은 아주 잘 맞는다. 크레딧: Alejandro Cruz Osorio

블랙홀 M87*은 원반에서 회전하는 물질을 블랙홀이 삼킬 때까지 더 작은 궤도로 끌어당깁니다. 제트기는 M87을 둘러싼 강착 디스크의 중심에서 발사되며 괴테 대학의 이론 물리학자들과 유럽, 미국, 중국의 과학자들은 이 영역을 매우 자세하게 설계했습니다.

그들은 시뮬레이션 당 엄청난 100만 CPU 시간을 사용하는 매우 정교한 3D 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 사용했으며 Albert Einstein의 일반 상대성 방정식, James Maxwell의 전자기 방정식, Leonhard Euler의 유체 역학 방정식을 동시에 해결해야 했습니다.

M87 상대론적 제트 블랙홀 자기장 선

자기장 라인을 따라 입자는 매우 효율적으로 가속되어 M87의 경우 최대 6000광년 떨어진 곳에서 제트를 형성합니다. 크레딧: Alejandro Cruz Osorio

그 결과 계산된 온도, 물질 밀도, 자기장 값이 천문 관측을 통해 추론된 값과 매우 잘 일치하는 모델이 탄생했습니다. 이를 기반으로 과학자들은 평면의 가장 안쪽 영역의 곡선 시공간에서 광자의 복잡한 움직임을 추적하고 이를 전파 이미지로 변환할 수 있었습니다. 그런 다음 그들은 이 컴퓨터 이미지를 지난 30년 동안 여러 전파 망원경과 위성으로 관측한 것과 비교할 수 있었습니다.

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이 연구의 수석 저자인 알레한드로 크루즈 오소리오(Alejandro Cruz Osorio) 박사는 “M87의 전자기 방출 및 제트 형태에 대한 우리의 이론적 모델은 놀랍게도 전파, 광학 및 적외선 스펙트럼의 관측과 일치합니다. 이것은 M87 초거대 블랙홀*이 아마도 고도로 선회하고 있고 플라즈마가 강하게 자화되어 있을 것입니다. 평면에서 입자를 수천 광년 범위로 가속시킵니다.”

프랑크푸르트 괴테 대학의 이론 물리학 연구소의 루치아노 리졸라 교수는 이렇게 말합니다. “은하 중심에 블랙홀이 있습니다. 아직 다른 설명의 여지가 있지만, 우리 연구의 결과로 이 공간이 훨씬 작아졌습니다.”

참조: Alejandro Cruz Osorio, Christian M Fromm, Yusuke Mizuno, Antonius Nathaniel, Ziri Younesi, Oliver Borth, Jordi Davilar, Hino Falk, Michael Kramer 및 Luciano Rizzola의 “M87 발사 지점의 최신 활성 및 형태학적 모델”, 2021년 11월 4일 , 자연 천문학.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w

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