スーパーコンピュータシミュレーションによる強力なブラックホールジェットの説明 – アインシュタインの一般相対性理論の確認

アインシュタインの一般相対性理論のさらなる確認

Messier 87（M87）は、Virgoの星座から地球から5,500万光年に位置しています。 12,000個の構想星団からなる巨大な銀河である。 天の川の200個の構想星団はそれに比べて謙虚に見えます。 NS ブラックホール M87の中心には65億の太陽質量があります。 2019年国際研究協力イベントホライゾン望遠鏡(Event Horizo​​n Telescope)が作ったイメージが存在する最初のブラックホールです。

このブラックホール（M87 *）は 血漿 6,000光年規模のいわゆる相対論的なジェット機と呼ばれる光の速度に近いです。 このジェットに動力を供給するのに必要な膨大なエネルギーは、おそらくブラックホールの重力から来るでしょう。 しかし、このようなジェットがどのように発生し、途方もない距離にわたってそれを安定して維持する方法はまだ完全には理解されていません。

M87相対論的ジェットの発射点の理論モデル（理論）と天文観測（観測）は非常によく合います。 クレジット: Alejandro Cruz-Osorio

ブラックホールM87 *は、ブラックホールによって飲み込まれるまではるかに小さい軌道の円盤内で回転する物質を引き付けます。 ジェット機はM87を取り巻く降着円盤の中心から発射され、ゲーテ大学の理論物理学者たちはヨーロッパ、アメリカ、中国の科学者たちと共に現在この地域を非常に詳細にモデル化しています。

彼らは、シミュレーションあたり100万CPU時間という膨大な量を使用する非常に洗練された3次元スーパーコンピュータシミュレーションを使用していました。 レオンハートオイラー。

磁場線に沿って粒子は非常に効率的に加速され、M87の場合は6000光年規模のジェットを形成します。 クレジット: Alejandro Cruz-Osorio

その結果、温度、物質密度、および磁場について計算された値が天文観測から推定されたものと非常によく一致するモデルが生成されました。 これに基づいて、科学者たちはジェットの最も内側の領域の曲線時空間における光子の複雑な動きを追跡し、それを伝播画像に変換することができました。 その後、彼らはこのコンピュータでモデル化された画像を過去30年間に多数の電波望遠鏡や衛星を使って観察したものと比較することができました。

研究の主な著者であるDr。 Alejandro Cruz-Osorioは次のように述べています。 これは超巨大質量ブラックホールM87*がおそらく高度に回転しており、プラズマがジェットで強く磁化され、粒子を数千光年規模に加速することを示しています。

フランクフルト・ゲーテ大学の理論物理学研究所のルチアーノ・レゾラ教授は、「私たちが計算した画像が天体観測に非常に近いという事実は、アインシュタインの一般相対性理論が存在の最も正確で自然な説明であるというもう一つの重要な確認です。 銀河の中心にある超大質量ブラックホール。 まだ別の説明の余地がありますが、私たちの研究の結果、このスペースははるかに小さくなりました。

参照：Alejandro Cruz-Osorio、Christian M. Fromm、Yosuke Mizuno、Antonios Nathanail、Ziri Younsi、Oliver Porth、Jordy Davelaar、Heinoの「M87ジェット発射点の最先端のエネルギーと形態学的モデリング」Falcke、Michael Kramer、Luciano Rezzolla、 2021年11月4日、 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-021-01506-w