|
Черные дыры выбрасывают мощные струи
|
|
|
|
В центре почти каждой крупной галактики, включая нашу, Млечный Путь (она называется Стрелец А*), есть сверхмассивная черная дыра. Сверхмассивные черные дыры - это самые плотные объекты во Вселенной, их масса в миллиарды раз превышает массу Солнца.
|
|
|
|
Иногда сверхмассивная черная дыра в галактике "просыпается" из-за внезапного притока газа и пыли, которые, скорее всего, поступают из соседней галактики. Она начинает поглощать большое количество газа и пыли, находящихся поблизости. Это не спокойный, медленный или пассивный процесс. Когда черная дыра притягивает вещество, оно перегревается на миллионы градусов, что намного превышает температуру поверхности нашего Солнца, и выбрасывается из галактики с околосветовой скоростью. Это создает мощные струи, похожие на космические фонтаны.
|
|
|
|
Ускоряющееся с высокой скоростью плазменное вещество заставляет эти "фонтаны" излучать радиосигналы, которые могут быть обнаружены только очень мощными радиотелескопами. Отсюда их название: радиогалактики. В то время как черные дыры встречаются часто, радиогалактики - нет. Только от 10% до 20% всех галактик демонстрируют это явление.
|
|
|
|
Гигантские радиогалактики встречаются еще реже. Они составляют всего 5% всех радиогалактик и получили свое название из-за того, что простираются на огромные расстояния. Протяженность струй некоторых радиогалактик достигает почти 16 миллионов световых лет. (Это почти в шесть раз больше расстояния между Млечным Путем и галактикой Андромеды.) Самая крупная обнаруженная струя имеет почти 22 миллиона световых лет в поперечнике.
|
|
|
|
|
|
|
Но как этим структурам удается преодолевать такие огромные расстояния? Чтобы выяснить это, я провел исследование, в ходе которого мы использовали современные суперкомпьютеры для разработки моделей, имитирующих поведение гигантских космических струй в макете Вселенной, построенном на основе фундаментальных физических законов, управляющих космосом.
|
|
|
|
Это позволило нам наблюдать, как радиоволны распространяются на протяжении сотен миллионов лет — процесс, который невозможно отследить непосредственно в реальной Вселенной. Это сложное моделирование позволяет глубже понять жизненный цикл радиогалактик, подчеркивая различия между их ранними, компактными стадиями и более поздними, расширяющимися формами.
|
|
|
|
Понимание эволюции радиогалактик помогает нам разобраться в более широких процессах, которые формируют Вселенную.
|
|
Суперкомпьютеры
|
|
|
|
Ключевую роль в этом исследовании сыграли передовые технологии.
|
|
|
|
Тщательные наблюдения с помощью радиотелескопов мирового класса, таких как MeerKAT в Южной Африке и LOFAR в Нидерландах, недавно привели к нескольким открытиям космических фонтанов.
|
|
|
|
Однако моделирование их происхождения было сложной задачей. Отслеживать события на протяжении миллионов лет в режиме реального времени невозможно.
|
|
|
|
Именно здесь на помощь приходят суперкомпьютеры. Эти высокопроизводительные вычислительные системы предназначены для обработки огромных объемов данных. Они могут выполнять сложные симуляции с невероятной скоростью. В этом исследовании их мощность имела решающее значение для моделирования эволюции гигантских радиоволн на протяжении миллионов лет.
|
|
|
|
Необходимые суперкомпьютерные мощности были предоставлены Южноафриканским межуниверситетским институтом информационной астрономии, объединяющим Университет Претории, Кейптаунский университет и Западно-Капский университет.
|
|
|
|
Нашей вселенной управляют фундаментальные силы, такие как гравитация, которые могут быть описаны с помощью математических формул. Эти формулы, по сути, числа, вводятся в суперкомпьютеры для создания имитационной "макетной вселенной", которая подчиняется тем же физическим законам, что и реальный космос. Это позволяет ученым экспериментировать с эволюцией струй из сверхмассивных черных дыр с течением времени. Обладая огромной вычислительной мощностью, суперкомпьютеры могут всего за месяц смоделировать эволюцию космических струй за миллионы лет.
|
|
|
|
Основные выводы
|
|
|
|
Гравитация - доминирующая сила во Вселенной, притягивающая более тяжелую материю и находящуюся поблизости более легкую. Если бы гравитация была единственной действующей силой, Вселенная, возможно, уже разрушилась бы. И все же мы видим галактики, скопления галактик и даже саму жизнь, которая процветает. Мы подозреваем, что эти космические фонтаны играют ключевую роль в разгадке тайны того, как это происходит.
|
|
|
|
Выделяя тепловую и механическую энергию, они нагревают окружающий коллапсирующий газ, противодействуя гравитации и поддерживая баланс, который поддерживает космические структуры.
|
|
|
|
Наши модели также пролили свет на то, почему струи некоторых радиогалактик резко изгибаются, образуя в радиоволнах форму буквы "Х" вместо того, чтобы следовать по прямой траектории, и выявили условия, при которых гигантские фонтаны могут продолжать расти даже в плотной космической среде (то есть в скоплении галактик).
|
|
|
|
Исследование также предполагает, что гигантские радиогалактики могут быть статистически более распространены, чем считалось ранее. Потенциально существуют тысячи неоткрытых гигантских космических источников. Благодаря телескопам мирового класса, таким как MeerKAT и LOFAR, а также мощностям суперкомпьютеров, нам есть что исследовать, пытаясь понять нашу Вселенную.
|
|
|
|
Источник
|
