Las simulaciones de supercomputadoras explican un chorro de agujero negro enormemente poderoso: confirma la teoría general de la relatividad de Einstein
Agujero negro cupermasivo con un chorro de rayos X. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss
Confirmación adicional de la teoría de la relatividad general de Einstein.
La galaxia Messier 87 (M87) se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo. Es una galaxia gigante con 12.000 cúmulos globulares, lo que hace que la vía LácteaLos 200 cúmulos globulares de s parecen modestos en comparación. A agujero negro de seis mil quinientos millones de masas solares se aloja en el centro de M87. Es el primer agujero negro para el que existe una imagen, creado en 2019 por la colaboración de investigación internacional Event Horizon Telescope.
Este agujero negro (M87 *) dispara un chorro de plasma a una velocidad cercana a la de la luz, un chorro llamado relativista, en la escala de 6000 años luz. La enorme energía requerida para impulsar este chorro probablemente proviene de la atracción gravitacional del agujero negro, pero aún no se comprende completamente cómo ocurre un chorro como este y qué lo mantiene estable a lo largo de la enorme distancia.
El modelo teórico (teoría) y las observaciones astronómicas (observación) del lugar de lanzamiento del chorro relativista de M87 se corresponden muy bien. Crédito: Alejandro Cruz-Osorio
El agujero negro M87 * atrae materia giratoria en un disco en órbitas cada vez más pequeñas hasta que es tragado por el agujero negro. El avión se lanza desde el centro del disco de acreción que rodea a M87, y los físicos teóricos de la Universidad Goethe, junto con científicos de Europa, Estados Unidos y China, han modelado esta región en detalle.
Utilizaron simulaciones de supercomputadoras tridimensionales muy sofisticadas que utilizan la asombrosa cantidad de un millón de horas de CPU por simulación y tuvieron que resolver simultáneamente las ecuaciones de relatividad general de Albert Einstein, las ecuaciones de electromagnetismo de James Maxwell y las ecuaciones de dinámica de fluidos de Leonhard Euler.
A lo largo de las líneas del campo magnético, las partículas se aceleran de manera tan eficiente que forman un chorro a escalas de 6000 años luz en el caso de M87. Crédito: Alejandro Cruz-Osorio
El resultado fue un modelo en el que los valores calculados para temperaturas, densidades de material y campos magnéticos se corresponden notablemente bien con lo que se deduce de las observaciones astronómicas. Sobre esta base, los científicos pudieron seguir el complejo movimiento de los fotones en el espacio-tiempo curvo de la región más interna del chorro y traducirlo en imágenes de radio. Luego pudieron comparar estas imágenes modeladas por computadora con observaciones realizadas utilizando numerosos radiotelescopios y satélites durante las últimas tres décadas.
El Dr. Alejandro Cruz-Osorio, autor principal del estudio, comenta: “Nuestro modelo teórico de la emisión electromagnética y la morfología del chorro de M87 se corresponde sorprendentemente bien con las observaciones en los espectros de radio, óptica e infrarrojos. Esto nos dice que el agujero negro supermasivo M87 * probablemente esté girando con fuerza y que el plasma está fuertemente magnetizado en el chorro, acelerando las partículas a escalas de miles de años luz.
El profesor Luciano Rezzolla, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt, comenta: “El hecho de que las imágenes que hemos calculado estén tan cerca de las observaciones astronómicas es otra confirmación importante de que la teoría de la relatividad general de Einstein es la más precisa y natural explicación de la existencia de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Si bien todavía hay espacio para explicaciones alternativas, los resultados de nuestro estudio hicieron que esta sala fuera mucho más pequeña.
Referencia: “Modelado energético y morfológico de última generación del sitio de lanzamiento del jet M87” por Alejandro Cruz-Osorio, Christian M. Fromm, Yosuke Mizuno, Antonios Nathanail, Ziri Younsi, Oliver Porth, Jordy Davelaar, Heino Falcke, Michael Kramer y Luciano Rezzolla, 4 de noviembre de 2021, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w
