Учени от НАСА създават струи с черни дупки със суперкомпютър


Учените от НАСА Годард създават струи в черни дупки с NCCS Discover Supercomputer

Тези изображения показват разнообразието от струи на черни дупки. Вляво: NGC 1068, една от най-близките и най-ярки галактики (зелена и червена) с бързо растяща свръхмасивна черна дупка, захранва струя (синя), много по-малка от самата галактика. С уважение към: NASA/CXC/MIT/C.Canizares, D.Evans et al. (Рентгенов); NASA/STScI (оптичен); и NSF/NRAO/VLA (радио). Вдясно: Галактиката Кентавър А разкрива струи от частици, простиращи се далеч над и под диска на галактиката. Кредит: ESO/WFI (оптичен); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (субмилиметър); и NASA/CXC/CfA/R. Крафт и др. (Рентгенов).

Използвайки Центъра за климатични симулации на НАСА (NCCS), учените от Центъра за космически полети Годард на НАСА проведоха 100 симулации, изследващи струи – тесни лъчи от енергийни частици – които излизат с почти светлинна скорост от свръхмасивни черни дупки. Тези чудовища се намират в центровете на активни звездообразуващи галактики като нашата собствена галактика Млечен път и могат да тежат милиони до милиарди пъти масата на слънцето.

Тъй като от тях изтичат струи и ветрове активни галактически ядра (AGN), те „регулират газа в центъра на галактиката и влияят върху неща като скоростта на образуване на звезди и как газът се смесва със заобикалящата галактическа среда“, обясни ръководителят на изследването Райън Танер, постдокторант в рентгеновите изследвания на Годард на НАСА Лаборатория по астрофизика.

„За нашите симулации ние се съсредоточихме върху по-малко проучени струи с ниска яркост и как те определят еволюцията на техните галактики домакини.“ — каза Танер. Той си сътрудничи с астрофизика Кимбърли Уивър от лабораторията за рентгенова астрофизика в изчислителното изследване, което се появява в Астрономическият вестник.






Нови симулации, извършени на суперкомпютъра Discover на Центъра за климатични симулации на НАСА (NCCS), показват как по-слабите струи с ниска яркост, произведени от чудовищната черна дупка на галактиката, взаимодействат с тяхната галактическа среда. Тъй като тези струи са по-трудни за откриване, симулациите помагат на астрономите да свържат тези взаимодействия с характеристики, които могат да наблюдават, като различни газови движения и оптични и рентгенови емисии. Кредит: Центърът за космически полети Годард на НАСА.

Доказателствата от наблюдения за струи и други изходящи потоци на AGN за първи път идват от радиотелескопи и по-късно рентгенови телескопи на НАСА и Европейската космическа агенция. През последните 30 до 40 години астрономите, включително Уивър, са събрали обяснение за техния произход чрез свързване на оптични, радио, ултравиолетови и рентгенови наблюдения (вижте следващото изображение по-долу).

„Струите с висока яркост са по-лесни за намиране, защото създават масивни структури, които могат да се видят при радионаблюдения“, обясни Танер. „Струите с ниска осветеност са предизвикателство за изучаване чрез наблюдение, така че астрономическата общност също не ги разбира.“

Учените от НАСА Годард създават струи в черни дупки с NCCS Discover Supercomputer

Симулациите на струята на черна дупка бяха извършени на 127 232-ядрения суперкомпютър Discover в NCCS. Кредит: Лаборатория за концептуални изображения на Центъра за космически полети Годард на НАСА.

Влезте в симулации, активирани от суперкомпютър на НАСА. За реалистични начални условия Танер и Уивър използваха общата маса на хипотетична галактика с размерите около Млечния път. За разпределението на газ и други свойства на AGN те изглеждаха спираловидни галактики като NGC 1386, NGC 3079 и NGC 4945.

Танер модифицира астрофизичния хидродинамичен код на Атина, за да изследва въздействията на струите и газа един върху друг в 26 000 светлинни години пространство, около половината от радиуса на Млечния път. От пълния набор от 100 симулации, екипът избра 19, които са отнели 800 000 основни часа на суперкомпютъра NCCS Discover, за публикуване.

„Възможността да използваме суперкомпютърни ресурси на НАСА ни позволи да изследваме много по-голямо пространство от параметри, отколкото ако трябваше да използваме по-скромни ресурси“, каза Танер. „Това доведе до разкриване на важни взаимоотношения, които не можахме да открием с по-ограничен обхват.“






Тази визуализация показва сложната структура на струята на активна галактика (оранжево и лилаво), нарушена от междузвездни молекулярни облаци (синьо и зелено). С струята, ориентирана на 30 градуса към централната равнина на галактиката, по-широкото взаимодействие със звездите на галактиката и газовите облаци е причинило струята да се раздели на две. Кредит: Райън Танер и Ким Уивър, НАСА Годард.

Симулациите разкриха две основни свойства на струите с ниска осветеност:

  • Те взаимодействат с галактиката си домакин много повече от струите с висока яркост.
  • И двете влияят и се влияят от междузвездната среда в галактиката, което води до по-голямо разнообразие от форми в сравнение с високата светимост струи.

„Демонстрирахме метода, чрез който AGN въздейства на своята галактика и създава физически характеристикикато удари в междузвездна среда, които сме наблюдавали от около 30 години”, каза Уивър. “Тези резултати се сравняват добре с оптични и рентгенови наблюдения. Бях изненадан колко добре теорията съвпада с наблюденията и отговаря на отдавнашни въпроси, които имах относно AGN, които изучавах като дипломиран студент, като NGC 1386! И сега можем да разширим до по-големи проби.”

Повече информация:
Ryan Tanner et al, Симулации на управлявана от AGN морфология и съдържание на галактически изходящ поток, Астрономическият вестник (2022). DOI: 10.3847/1538-3881/ac4d23

Цитат: Учени от НАСА създават струи с черни дупки със суперкомпютър (2022 г., 29 ноември), извлечено на 29 ноември 2022 г. от https://phys.org/news/2022-11-nasa-scientists-black-hole-jets.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.