En bedre måte å simulere tilveksten av det supermassive sorte hullet i sentrum av Milky Way utviklet seg

Essential Scale-Out Computing by James Cuff (Juli 2019).

Anonim

Forskere ved Princeton University og US Department of Energy (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har utviklet en streng ny metode for å modellere accretion-disken som mater det supermassive svarte hullet i midten av vår Melkeveis galakse. Papiret, publisert på nettet i desember i tidsskriftet Physical Review Letters, gir et tiltrukket grunnlag for simulering av de ekstraordinære prosessene som er involvert.

Accretion disker er plasma-skyer som bobler og gradvis virvler inn i massive kropper som svarte hull-intense tyngdekraftsfelt produsert av stjerner som faller sammen til en liten brøkdel av deres opprinnelige størrelse. Disse sammenkledde stjernene er begrenset av en "hendelseshorisont", hvorfra ikke engang lys kan flykte. Etter hvert som accretion-disker flyter mot hendelseshorisonter, drev de noen av de lyseste og mest energiske kildene til elektromagnetisk stråling i universet.

Fire millioner ganger solens masse

Det kolossale sorte hullet i midten av Milky Way-kalt "Skytten A *" fordi det er funnet i konstellasjonen Skytten - har en gravitasjonsmasse som er fire millioner ganger større enn vår egen sol. Likevel er plasmaplassen som spiraler inn i denne massen "radiologisk ineffektiv", noe som betyr at den gir mye mindre stråling enn man ville forvente.

"Så spørsmålet er, hvorfor er denne disken så hvile?" spør Matthew Kunz, hovedforfatter av papiret, assisterende professor i astrofysiske vitenskap ved Princeton University og en fysiker ved PPPL. Medforfattere inkluderer James Stone, Princeton professor i astrofysiske fag, og Eliot Quataert, direktør for teoretisk astrofysikk ved University of California, Berkeley.

For å utvikle en metode for å finne svaret, vurderte forskerne arten av superhot Skytten A * accretion disk. Plasmaet er så varmt og fortynnet at det er kollisjonløst, noe som betyr at sporene av protoner og elektroner inne i plasma sjelden krysser.

Denne mangelen på kollisjonalitet skiller Skytten A * -tilpasningsdisken fra lysere og mer radiative disker som bane andre svarte hull. De lysere diskene er collisional og kan modelleres med formler fra 1990-tallet, som behandler plasmaet som en elektrisk ledende væske. Men "slike modeller er uhensiktsmessige for å gi oss et supermassivt svart hull, " sa Kunz, siden de ikke kan beskrive prosessen som får den kollisjonløse Skytten A * -disken til å vokse ustabil og spiral ned.

Spore kollisjonløse partikler

For å modellere prosessen for Skytten A * -disken erstatter papiret formlene som behandler bevegelsen av kollisjonsplasmaer som en makroskopisk væske. I stedet bruker forfatterne en metode som fysikere kaller "kinetisk" for systematisk å spore banene til individuelle kollisjonløse partikler. Denne komplekse tilnærmingen, utført ved hjelp av Pegasus-datakoden, utviklet ved Princeton av Kunz, Stone og Xuening Bai, nå en foreleser ved Harvard University, produserte et sett med ligninger som bedre kunne modellere atferden til disken som omgir det supermassive svart hullet.

Denne kinetiske tilnærmingen kan hjelpe astrofysikere å forstå hva som forårsaker at skiveområdet rundt Skytten A * -hullet utstråler så lite lys. Resultatene kan også forbedre forståelsen av andre sentrale problemer, for eksempel hvordan magnetiserte plasma oppfører seg i ekstreme miljøer og hvordan magnetfelt kan forsterkes.

Målet med den nye metoden, sa Kunz, "vil være å produsere mer prediktive modeller av utslipp fra svarthullsøkning i galaktisk senter for sammenligning med astrofysiske observasjoner." Slike observasjoner kommer fra instrumenter som Chandra X-ray observatoriet, en jordbølge-satellitt som NASA lanserte i 1999, og det kommende Event Horizon Telescope, en rekke ni jordbaserte radioteleskoper lokalisert i land rundt om i verden.

menu
menu