หลุมดำ M87 ยิงไอพ่นด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง

กาแล็กซีเมสไซเออร์ 87 (M87) อยู่ห่างจากโลก 55 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวราศีกันย์ มันเป็นกาแล็กซีขนาดยักษ์ที่มีกระจุกดาวทรงกลม 12 กระจุกดาว กระจุกดาวทรงกลม 200 กระจุกดาวทางช้างเผือกดูค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวเมื่อเปรียบเทียบกัน ที่ใจกลางของ M87 คือหลุมดำที่มีมวล 6,5 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ นี่เป็นหลุมดำแห่งแรกที่มีภาพซึ่งสร้างขึ้นในปี 2019 โดยความร่วมมือด้านการวิจัยระดับนานาชาติของ Event Horizon Telescope

หลุมดำ M87 นี้ยิงพลาสม่าออกมาด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง เรียกว่า เจ็ตสัมพัทธภาพ ยาว 6 ปีแสง พลังงานมหาศาลที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนไอพ่นนี้น่าจะมาจากแรงดึงดูดของหลุมดำ แต่วิธีการที่เครื่องบินไอพ่นดังกล่าวเกิดขึ้นและสิ่งที่รับประกันความเสถียรในระยะทางไกลนั้นยังไม่ชัดเจนนัก

M87 ดึงดูดสสารซึ่งหมุนรอบจานในวงโคจรที่หดตัวจนกระทั่งถูกหลุมดำดูดกลืน เครื่องบินไอพ่นถูกปล่อยจากศูนย์กลางของจานสะสมมวลรอบๆ M87 และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเกอเธ่ ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์จากยุโรป สหรัฐฯ และจีน ได้จำลองภูมิภาคนี้โดยละเอียด พวกเขาใช้การจำลอง XNUMX มิติที่ซับซ้อนที่สุดบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ซึ่งใช้เวลา CPU มากพอสมควรในการจำลอง และต้องแก้สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ สมการแม่เหล็กไฟฟ้าของเจมส์ แมกซ์เวลล์ และสมการอุทกพลศาสตร์ของลีโอนาร์ด ออยเลอร์ . ผลลัพธ์ที่ได้คือแบบจำลองที่ค่าที่คำนวณสำหรับอุณหภูมิ ความหนาแน่นของสสาร และสนามแม่เหล็กสอดคล้องกับค่าที่อนุมานจากการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ได้เป็นอย่างดี

บนพื้นฐานนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนของโฟตอนในกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวของบริเวณชั้นในสุดของเครื่องบินเจ็ต และเปลี่ยนให้เป็นภาพวิทยุ จากนั้นพวกเขาสามารถเปรียบเทียบภาพที่จำลองด้วยคอมพิวเตอร์เหล่านี้กับการสังเกตจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุและดาวเทียมจำนวนมากในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา

ดร.อเลฮานโดร ครูซ-โอโซริโอ ผู้เขียนหลักของการศึกษานี้ ตั้งข้อสังเกตว่า "แบบจำลองเชิงทฤษฎีของเราเกี่ยวกับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสัณฐานวิทยาของไอพ่นของ M87 นั้นสอดคล้องกับข้อตกลงที่ดีอย่างน่าประหลาดใจกับการสังเกตการณ์ในสเปกตรัมวิทยุ แสง และอินฟราเรด หลุมดำมวลมหาศาล M87 มีแนวโน้มที่จะหมุนอย่างรวดเร็ว และพลาสมาจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างแรงในไอพ่น เร่งอนุภาคให้มีขนาดหลายพันปีแสง”

ศาสตราจารย์ Luciano Rezzolla จาก Institute for Theoretical Physics แห่งมหาวิทยาลัยเกอเธ่ในแฟรงก์เฟิร์ตกล่าวว่า "ข้อเท็จจริงที่ว่าภาพที่คำนวณได้ใกล้เคียงกับการสังเกตทางดาราศาสตร์มาก เป็นการยืนยันที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เป็นคำอธิบายที่ถูกต้องและเป็นธรรมชาติที่สุดสำหรับการดำรงอยู่ หลุมดำมวลมหาศาลใจกลางดาราจักร แม้ว่าจะยังมีที่ว่างสำหรับคำอธิบายทางเลือก แต่ผลการศึกษาของเราทำให้ 'ห้อง' นี้เล็กลงมาก"

อ่าน:

• หลุมดำสมมุติเหล่านี้สามารถลบอดีตของคุณและเปลี่ยนอนาคตของคุณได้
• ค้นพบ "หลุมดำ" ลึกลับบนแผนที่ดาวเทียมของ Google