|
Моделирование предсказывает существование радиоволн от черных дыр
|
|
|
|
Черные дыры, области пространства-времени, где гравитация настолько сильна, что ничто не может от них ускользнуть, являются одними из самых захватывающих и широко изучаемых космических явлений. Хотя в настоящее время существует бесчисленное множество теорий об их формировании и лежащей в их основе физике, многие вопросы остаются без ответа. Один из давних вопросов при изучении черных дыр заключается в том, почему окружающая их плазма светится так ярко, как показано на нескольких прямых изображениях, полученных с помощью телескопа. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи из Университета Гренобль-Альпы-CNRS, Тринити-колледжа в Дублине и Университета Мэриленда представили компьютерное моделирование, предлагающее жизнеспособное объяснение.
|
|
|
|
«Мы были очень впечатлены недавней публикацией изображений сверхмассивной черной дыры M87* коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT)», — сказал Phys.org Бенджамин Кринкванд, один из исследователей, проводивших исследование. «Это наблюдение имело место, когда эта черная дыра имела исторически низкую светимость (она находилась в состоянии покоя). Однако известно, что M87* производит всплески/вспышки излучения на различных длинах волн, вплоть до гамма-излучения». Ключевой целью недавнего исследования Кринкванда и его коллег было сделать прогноз о том, как будут выглядеть изображения черной дыры M87*, собранные коллаборацией EHT, если бы они были получены во время одной из ее обычных вспышек излучения. Для этого они выполнили серию кинетических симуляций плазмы, представляя окрестности вращающейся черной дыры во время таких вспышек.
|
|
|
«Этот новый инструмент моделирования для понимания поведения плазмы в таких экстремальных условиях был разработан совсем недавно», — пояснил Кринкванд. «Его цель состоит в том, чтобы рассматривать плазму из первых принципов и включать соответствующую микрофизику, которая будет размыта в общей структуре жидкости (магнитогидродинамическое моделирование). Затем нужно знать, как материя связана с излучением, которое в конечном итоге наблюдается с Земли. ." Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в окружении черных дыр фотоны не распространяются по прямым линиям из-за их сильной гравитации. В своих кинетических симуляциях Кринкванд и его коллеги попытались учесть это, реализовав модуль трассировки лучей, который отслеживает свет, излучаемый плазмой вокруг черной дыры, от симуляции до наблюдателя.
|
|
|
|
В целом, моделирование, проведенное этой группой исследователей, предполагает, что при определенных условиях нестабильность магнитного поля может привести к возникновению горячих точек радиоволн, которые будут вращаться вокруг тени черной дыры. Команда предсказала, что для больших черных дыр, таких как M87 *, радиус орбиты этих горячих точек будет примерно в три раза больше, чем радиус черной дыры, и горячим точкам потребуется около пяти дней, чтобы совершить оборот вокруг черной дыры. «Наш главный вклад — осознание того, что, когда черная дыра находится в таком состоянии, на изображении должны отображаться горячие точки, которые, как ожидается, будут вращаться со временем», — сказал Кринкванд. «Эти горячие точки являются признаком «плазмоидов», замкнутых магнитных структур в магнитосфере черной дыры. Мы также ожидаем, что изображение сожмется внутри «фотонного кольца», которое обычно называют тенью, наблюдаемой EHT в 2019 году. ."
|
|
|
|
Моделирование, проведенное этой группой исследователей, представляет интересную теоретическую гипотезу, которая может быть подтверждена будущими астрономическими наблюдениями. В частности, они предсказывают, что картины излучения, наблюдаемые вокруг черных дыр, могут быть связаны с нарушением магнитных полей и, как следствие, с образованием горячих точек радиоволн. Текущая версия EHT может быть недостаточно чувствительной, чтобы зафиксировать смоделированные модели излучения, из-за ее ограниченного пространственного и временного разрешения. Тем не менее, Кринкванд и его коллеги надеются, что будущие версии телескопа помогут подтвердить их теорию.
|
|
|
|
«В будущем мы хотим провести два направления исследований», — добавил Кринкванд. «Во-первых, мы обновляем наш модуль, чтобы учесть поляризацию испускаемого излучения, чтобы увеличить прогностическую способность нашей модели. В 2021 году EHT выпустила поляризованные наблюдения за M87 *, так что сейчас настало время для теоретиков сделать такие предсказания. С теоретической точки зрения, мы также хотим лучше понять, что движет этим переходом между состоянием покоя и вспышкой. Нам особенно необходимо понять соответствующие временные масштабы: время повторения вспышек, типичный рост, время и т. д. ».
|
|
|
|
Источник
|
