Menu

نسبیت عام اینشتین با شبیه‌سازی رایانه‌ای جت سیاهچاله‌ای دوباره تایید شد

نسبیت عام اینشتین با شبیه‌سازی رایانه‌ای جت سیاهچاله‌ای دوباره تایید شد
دیجی کالا

شبیه‌سازی رایانه‌ای عظیمی که دانشمندان از سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان M87 انجام داده‌اند، ضمن تأیید دوباره‌ی نسبیت عام اینشتین، به‌خوبی جریان جت خروجی از این سیاهچاله را توضیح می‌دهد.

مسیه 87 یک کهکشان غول‌پیکر است که در فاصله‌ی 55 میلیون سال نوری از زمین قرار گرفته است. این کهکشان دارای 12 هزار خوشه‌ی کروی و سیاهچاله‌ای مرکزی با نام *M87 است که 6.5 میلیارد برابر خورشید جرم دارد.

در سال 2019 «تلسکوپ افق رویداد» (EHT) نخستین تصویر از سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان M87 و به عبارت بهتر نخستین تصویر واقعی از یک سیاهچاله را منتشر کرد. این سیاهچاله (*M87) یک جت پلاسما را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌کند. این جت که به آن جت نسبیتی گفته می‌شود، از کشش گرانشی سیاهچاله سرچشمه می‌گیرد و برای نیرو نیاز به انرژی فوق‌العاده‌ای دارد. اگرچه چگونگی شکل‌گیری یک جریان جت-مانند و چیزی که آن را در فاصله‌ای بسیار طولانی پایدار نگه می‌دارد، هنوز به‌درستی شناخته نشده است.

برای یافتن پاسخ، فیزیکدانان نظری دانشگاه گوته و دانشمندانی از اروپا، آمریکا و چین، مرکز قرص برافزایشی که سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان M87 را دربر گرفته است، با جزئیات بسیار بالا مدل‌سازی کرده‌اند.

سیاهچاله‌ی *M87 ماده را در حالی که درون یک دیسک می‌چرخد، به سمت خود می‌کشد و می‌بلعد. مشاهدات نشان می‌دهد که جریان جت خروجی سیاهچاله، از مرکز دیسک برافزایشی اطراف M87 گسیل می‌شود.

میدان مغناطیسی ایجاد شده در سیاهچاله باعث شکل‌گیری جریان جت خروجی تا مقیاس 6000 سال نوری می‌شود.Credit: Alejandro Cruz-Osorio

دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی‌های بسیار پیچیده‌ی سه‌بعدی توسط ابررایانه، مدلی را ایجاد کردند که در آن مقادیر محاسبه شده برای دما، چگالی ماده و میدان‌های مغناطیسی به‌خوبی با آنچه از مشاهدات نجومی به‌دست آمده بود، مطابقت دارد. این مدل به دانشمندان کمک کرد تا حرکت پیچیده‌ی فوتون‌ها را در انحنای فضا-زمان درونی‌ترین ناحیه‌ی جت ردیابی کرده و آن را به تصاویر رادیویی ترجمه کنند.

سپس دانشمندان تصاویر مدل‌سازی شده توسط کامپیوتر را با مشاهدات انجام شده با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی و ماهواره‌های متعدد در سه دهه‌ی گذشته مقایسه کردند. تصاویر این محاسبات تطابق بی‌سابقه‌ای با مشاهدات نجومی ارائه و نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را تأیید می‌کنند.

شبیه‌سازی‌ها از میزان عظیم یک میلیون ساعت پردازنده در هر شبیه‌سازی استفاده می‌کنند و علاوه بر این باید هم‌زمان معادلات نسبیت عام «آلبرت اینشتین» (Albert Einstein)، معادلات الکترومغناطیس ارائه شده توسط «جیمز ماکسول» (James Maxwell) و معادلات دینامیک سیالات بیان شده از سوی «لئونارد اویلر» (Leonhard Euler) را حل کنند.

تطابق مدل‌سازی رایانه‌ای با داده‌های رصدی از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان M87Credit: Alejandro Cruz-Osorio

«آلخاندرو کروز-اوسوریو» (Alejandro Cruz-Osorio) نویسنده‌ی اصلی این مقاله گفت: «مدل نظری ما از گسیل الکترومغناطیسی و ریخت‌شناسی (مورفولوژی) جت خروجی از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان M87 به‌طرز شگفت‌انگیزی با مشاهدات در طیف‌های رادیویی، نوری و فروسرخ مطابقت دارد. این به ما می‌گوید که سیاهچاله‌ی *M87 احتمالا به‌شدت در حال چرخش است و پلاسما در جت خروجی به‌شدت مغناطیسی شده است و ذرات را تا مقیاس هزاران سال نوری شتاب می‌دهد.»

«لوسیانو رزولا» استاد مؤسسه‌ی فیزیک نظری در دانشگاه گوته فرانکفورت آلمان هم گفت: «این واقعیت که تصاویری که ما محاسبه کردیم، بسیار نزدیک به مشاهدات نجومی هستند، تأیید مهم دیگری است که نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین دقیق‌ترین و طبیعی‌ترین توضیح برای وجود سیاهچاله‌های کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌ها است. در حالی که هنوز جایی برای توضیحات جایگزین هم وجود دارد، یافته‌های ما بازه‌ی این توضیحات احتمالی را کوچک‌تر کرده است.»

عکس کاور: طرحی گرافیکی از جریان جت خروجی از یک سیاهچاله Credit: NASA/CXC/M.Weiss

منبع: Tech Explorist