Superkomputery rozwiązują tajemnicę turbulencji w dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu Tohoku i Uniwersytetu Utsunomiya znacząco poszerzyli naszą wiedzę o turbulencji w dyskach akrecyjnych czarnych dziur. Korzystając z potężnych superkomputerów, w tym "Fugaku" z RIKEN i "ATERUI II" z NAOJ, przeprowadzili najdokładniejsze symulacje do tej pory. To osiągnięcie umożliwia lepszą analizę danych pochodzących z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń i innych narzędzi obserwacyjnych.

Badania te koncentrują się na: przeprowadzaniu szczegółowych symulacji komputerowych dysków gazowych, obserwacji turbulencji w tych dyskach oraz odkrywaniu, że powolne fale magnetosoniczne odgrywają kluczową rolę.

Dyski akrecyjne składają się z gazu wpadającego do czarnych dziur. Ruchy tego gazu w dyskach są skomplikowane. Zrozumienie tych procesów jest istotne, ponieważ wpływa na światło, które możemy zaobserwować. To światło pozwala nam badać czarne dziury pośrednio, ponieważ same nie emitują światła.

Wcześniejsze symulacje nie dysponowały wystarczającą mocą obliczeniową, aby badać zakres inercyjny. Ten zakres jest istotny, ponieważ pokazuje, jak energia przemieszcza się między różnymi rozmiarami turbulentnych przepływów. Najnowsze symulacje wykazały, że w tym zakresie dominują wolne fale magnetosoniczne, co różni się od turbulencji wiatru słonecznego, gdzie częściej spotykane są fale Alfvéna.

Zobacz również:

Dzisiaj · 00:57

Czarna dziura hamuje narodziny gwiazd w galaktyce

Fale magnetosoniczne to rodzaj fal opisanych przez magnetohydrodynamikę. Są one istotne dla zachowania naładowanych cząstek w dyskach akrecyjnych. Odkryto, że wolne fale magnetosoniczne, w przeciwieństwie do fal Alfvéna, są bardziej powszechne i sprawiają, że jony w tych dyskach nagrzewają się w określony sposób. Wpływa to na nasze rozumienie środowisk wokół czarnych dziur i procesów energetycznych tam zachodzących. Na przykład wiedza o tym nagrzewaniu może pomóc wyjaśnić teorie na temat formacji dżetów i innych cech związanych z czarnymi dziurami.

Turbulentne pola elektromagnetyczne w tych dyskach wpływają zarówno na ogrzewanie, jak i na przyspieszanie cząstek. Może to odgrywać rolę w powstawaniu promieni kosmicznych lub innych wysokoenergetycznych zjawisk obserwowanych w kosmosie. Potwierdzenie, że wolne fale magnetosoniczne są powszechne w zakresie inercyjnym, otwiera nowe możliwości interpretacji danych z radioteleskopów badających obszary wokół czarnych dziur.

Odkrycie pokazuje, że turbulencja w dyskach akrecyjnych znacząco różni się od turbulencji w innych środowiskach kosmicznych. Na przykład, turbulencja w wietrze słonecznym jest głównie kształtowana przez fale Alfvéna. To oznacza, że dyski akrecyjne stanowią unikalną okazję do badania różnych rodzajów turbulencji i tego, jak energia przepływa między różnymi skalami.

Niniejsze badanie nie tylko poszerza naszą wiedzę teoretyczną, ale także umożliwia obserwację i zrozumienie ekstremalnych warunków panujących we wszechświecie. Lepsze poznanie zjawiska turbulencji w dyskach akrecyjnych pozwala naukowcom na dokładniejsze interpretowanie danych z teleskopów i innych instrumentów.