Avslöja kaoset: Superdatorer utforskar turbulensen i materieskivor runt svarta hål

StockholmForskare vid Tohoku University och Utsunomiya University har avsevärt förbättrat vår förståelse av turbulens i svarta håls ackretionsskivor. De använde kraftfulla superdatorer, som bland annat RIKEN:s "Fugaku" och NAOJ:s "ATERUI II," för att genomföra de mest detaljerade simuleringarna hittills. Denna prestation hjälper oss att bättre analysera data från Event Horizon Telescope och andra observationverktyg.

Denna forskning koncentrerar sig på att genomföra detaljerade datorsimuleringar av gasdiskar, observera turbulensen i dessa diskar, och upptäcka att långsamma magnetosoniska vågor spelar en betydande roll.

Ackretionsskivor består av gas som rör sig in i svarta hål. Rörelsen i dessa skivor är komplex. Att förstå detta är viktigt eftersom det påverkar det ljus vi kan observera. Detta ljus hjälper oss att studera svarta hål indirekt, eftersom de själva inte avger något ljus.

Tidigare simuleringar hade inte tillräcklig beräkningskapacitet för att studera inertialintervallet. Detta intervall är viktigt eftersom det visar hur energi överförs mellan olika storlekar av turbulenta flöden. De senaste simuleringarna har upptäckt att långsamma magnetosoniska vågor är vanligast i detta intervall, vilket skiljer sig från solvindsturbulens där Alfvénvågor är vanligare.

Läs också:

Idag · 00:57

Svart hål stoppar stjärnbildning och försvagar galaxen

Magnetosoniska vågor är en vågtyp som beskrivs av magnetohydrodynamik. De spelar en viktig roll för hur laddade partiklar uppför sig i ackretionsskivor. Det har visat sig att långsamma magnetosoniska vågor, snarare än Alfvén-vågor, är vanligare och orsakar att joner i dessa skivor värms upp på specifika sätt. Detta påverkar vår förståelse av miljöer runt svarta hål och deras energirika processer. Till exempel kan kunskapen om denna uppvärmning hjälpa till att förklara teorier om jetstråleformationer och andra särdrag relaterade till svarta hål.

Turbulenta elektromagnetiska fält i dessa skivor påverkar både uppvärmning och partikelacceleration. Detta kan spela en roll i skapandet av kosmiska strålar eller andra högenergetiska fenomen som observeras i rymden. Att bekräfta att långsamma magnetosoniska vågor är vanliga inom det inertiala området öppnar också nya möjligheter för att förstå data från radioteleskop som studerar områden runt svarta hål.

Upptäckten visar att turbulens i ackretionsskivor är fundamentalt annorlunda jämfört med turbulens i andra rymdmiljöer. Till exempel styrs turbulens i solvinden främst av Alfvénvågor. Detta innebär att ackretionsskivor erbjuder en unik möjlighet att studera olika typer av turbulens och hur energi överförs mellan olika skalor.

Denna studie förbättrar inte bara vår teoretiska kunskap, utan hjälper också till att observera och förstå de extrema förhållandena i universum. Genom att få en djupare förståelse för turbulens i ackretionsskivor kan forskare mer noggrant tolka data från teleskop och andra instrument.