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通过最详细的模拟解决了黑洞的神秘面纱

2019-06-06 08:47:16来源:

使用超级计算机和一些定制代码,一个国际研究团队创建了“最详细”的黑洞模拟,证明了长期以来一直困扰天体物理学家45年的理论。该理论于1975年首次发表,他认为旋转黑洞的最内部区域最终将与钻孔的赤道面对齐。虽然这看起来有点令人困惑和无关紧要,但这个区域如何被黑洞扭曲会对整个星系产生巨大影响。这项新研究于周三发表在“皇家天文学会月刊”杂志上,详细介绍了该理论的模拟解决方案 - 被称为Bardeen-Petterson效应 - 并解决了一个问题,共同主要作者Sasha Tchekhovskoy说“困扰了天体物理学界已有四十多年了。“

当我们在4月10日看到第一张黑洞图像时,我们实际上并没有看到黑洞。黑洞不会发出任何可见光。相反,黑洞非常强大的引力导致碎片,气体和其他粒子围绕其边缘旋转,形成“吸积盘”。这是我们可以看到的东西。这不仅有助于宇宙探测器找到并理解黑洞,而且这些磁盘也是黑洞演变和功能的原因。此外,他们可以告诉天体物理学家更多关于黑洞如何旋转以及可能来自它们的辐射。

模拟显示两个角度:特写(左)和更宽视图(右)。在左图中,您可以看到吸积盘如何迅速坍缩到黑洞周围的赤道(水平)平面(白色)。

Sasha Tchekhovskoy /西北大学/ Matthew Liska /阿姆斯特丹大学

“一旦我们创建了代码,我们就需要找到足够大的超级计算机来进行模拟,”共同领导这项研究的Tchekhovskoy说。“美国国家科学基金会的超级计算机Blue Waters正好适合这项任务。”

Blue Waters是一台功能非常强大的计算机,具有1.5 PB的内存,位于伊利诺伊州伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校。

“我们在计算机内部放了一个黑洞并在其上放气,”Tchekhovskoy说。“最初,气体在一个平面上的黑洞周围相对于黑洞赤道倾斜。然而,随着时间的推移,盘的内部区域与赤道平面对齐,显示出对齐。

结果可能不像我们第一次看到黑洞那样令人印象深刻,但它又是第一次。以前,研究Bardeen-Petterson效应的天体物理学家无法获得足够的计算能力来充分考虑吸积内部的磁湍流。通过超级计算机,研究人员能够模拟一个更加逼真的黑洞,磁场就位。

“这些模拟的独特之处在于它们同时处理磁场,一般相对论效应和冷却功能,”莱斯特大学理论天体物理学家Rebecca Nealon说。“他们的结果显示了Bardeen-Petterson效应,同时包含了这些效果,这是对以前作品中的总体情况的极好证实。”

根据Tchekhovskoy的说法,这些油田是调节吸积盘弯曲和落入的关键因素。最终,研究人员发现,即使对于非常薄的吸积盘,拟议的Bardeen-Petterson效应仍然存在 - 吸积盘确实与黑洞对齐。

“磁盘与黑洞赤道平面的对齐是这项工作的新发现,”Tchekhovskoy解释说。“在较大的半径处,磁盘相对于黑洞的赤道面倾斜。”

Tchekhovskoy说,研究的下一阶段将着眼于“辐射传输​​”。基本上,该团队将能够预测在此过程中产生的光粒子会发生什么,使天文学家有可能通过望远镜观察这种现象。

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