Simulácia ako čierna diera v galaxii M87 vytvára plazmové trysky

  • Valentín Korinek | 16 December 2021
    Galaxie a hlboký vesmír
Supermasívna čierna diera v galaxii M87 je obklopená akrečným diskom (v tejto počítačovej simulácii je červená) a spúšťa výtrysky (modré) obtekané magnetickými siločiarami (zelená). (Alejandro Cruz-Osorio, Luciano Rezzolla)
Z papule supermasívnej čiernej diery v strede obrej eliptickej galaxie M87 prúdia do vesmíru dva obrovské výtrysky dlhé tisíce svetelných rokov. Vedci stále úplne nerozumejú fyzike takýchto výtryskov, ktoré vznikajú zo zmesi elektricky nabitých častíc alebo plazmy. Vytvorili teda počítačovú simuláciu čiernej diery v M87 a víriaceho plynu, ktorý ju obklopuje v akréčnom disku. Cieľom simulácie bolo zistiť, ako sa táto čierna diera stala „strojom“ na plazmové výtrysky.

Za správnych podmienok táto simulácia produkuje prúdy, ktoré zodpovedajú pozorovaniam M87. Čierna diera skrúca špirálovite magnetické polia, ktoré obklopujú dva vysoko energetické lúče elektrónov a iných nabitých častíc. Výsledky naznačujú, že čierna diera sa musí otáčať veľmi rýchlo. Viac ako polovicou maximálnej rýchlosti povolenej fyzikálnymi zákonmi a možno až 94 percent svojej maximálnej možnej rýchlosti.

Správne nastavenie energií elektrónov trysiek sa ukázalo ako kľúčové. Keď sa magnetické polia v prúdoch preusporiadajú v procese známom ako *magnetické opätovné pripojenie, elektróny sa zrýchlia, čo vedie k tomu, že viacero z nich má veľmi vysoké energie. Tento efekt nebol zahrnutý v predchádzajúcich simuláciách, ale bol kľúčom k tomu, aby simulované trysky fungovali ako náprotivky v reálnom svete.



*Pri magnetickom opätovnom pripojení sú dve protichodne smerované magnetické polia spojené prúdením plazmy na neutrálnej línii. Ďaleko od neutrálnej čiary je magnetické pole zmrazené v plazme; blízko neutrálnej čiary sa však nezmrazuje a difunduje plazmou a vytvára novú konfiguráciu línií magnetického poľa. Pri prechode cez neutrálnu čiaru sa siločiary z opačných strán pripájajú a prúdia rýchlo od neutrálnej čiary v pravých uhloch k smeru ich prítoku. V tomto procese sa energia pôvodne uložená v silnom magnetickom poli premieňa na kinetickú energiu prúdiacej plazmy. Okrem toho sa zmení topológia magnetických siločiar.