NASA研究弥合了理论与黑洞观测之间的差距

作者:车蚓贯

<p>这个带注释的图像标记了模拟中的几个特征,包括黑洞的事件视界NASA的戈达德太空飞行中心新发表的研究弥合了理论和黑洞观测之间的差距,证实了恒星质量黑洞如何产生最高能量的光美国宇航局,约翰霍普金斯大学和罗彻斯特理工学院的天文学家的一项新研究证实了长期以来对恒星质量黑洞如何产生最高水平的怀疑,证明硬X射线和软X射线都不可避免地产生于向黑洞旋转的气体中</p><p> -energy light“我们准确地代表真实物体并计算天文学家实际看到的光线,”RIT计算相对论和引力中心的副研究员Scott Noble说道</p><p>“这是一种独一无二的计算方法我们实际执行所有部分的地方我们从我们期望系统遵循的方程式开始,我们解决了这个问题超级计算机上的完整方程式给我们提供了数据,然后我们就可以对X射线谱进行预测“这个超级计算机数据的动画将您带到恒星质量黑洞的吸积盘的内部区域向螺旋形朝向黑洞旋转的低能量或柔和的X射线在气体下降到中心之前,它的轨道运动接近光速X射线达数百次更强大(“更难”)比盘中的那些更强大(“更难”)来自光环,盘周围的一个脆弱和更热的气体区域日冕温度达到数十亿度事件视界是所有轨迹,包括光的轨迹,必须没有任何东西,甚至没有光线,可以向外穿过事件地平线并逃离黑洞信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心音乐:Lars Leonhard的“迷失太空”,由艺术家首席研究员Jeremy Schn提供美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家伊特曼说,这项研究着眼于宇宙中最极端的物理环境之一:“我们的工作追踪了十亿度气体中复杂的运动,粒子相互作用和湍流磁场</p><p>一个黑洞“通过分析流入黑洞的气体的超级计算机模拟,该团队发现它们可以再现在活动黑洞中长期观察到的一系列重要的X射线特征”我们已经预测并得出相同的证据表明观察家们说,“Noble说”这非常令人鼓舞,因为它说我们真的明白发生了什么如果我们做了所有正确的步骤并且我们看到了完全不同的答案,我们必须重新思考我们的模型是什么“气体落到了黑洞最初围绕它运行,然后累积成一个扁平的圆盘存储在这个圆盘中的气体逐渐向内螺旋,当它接近中心时变得压缩和加热最终温度高达2000万华氏度(1200万摄氏度) - 比太阳表面高出2000倍 - 气体在低能量或柔和的X射线中明亮地照射40多年来,观察显示黑色孔也会产生大量的“硬”X射线,能量比柔和的X射线大10到数百倍</p><p>这种高能量的光线意味着存在相应的更热的气体,温度达到数十亿度</p><p>新的研究桥梁理论和观察之间的差距,证明硬X射线和软X射线都不可避免地产生于向黑洞螺旋上升的气体与Noble和Julian Krolik,约翰霍普金斯大学的教授,Schnittman开发了一个模拟黑色内部区域的过程孔的吸积盘,跟踪X射线的发射和运动,并将结果与​​实际黑洞的观察结果进行比较,Noble开发了一个解决所有方程的计算机模拟控制流入气体的复杂运动及其相关的磁场在增生的黑洞附近控制气体的上升温度,密度和速度大大放大了穿过圆盘的磁场,然后对气体产生额外的影响结果是湍流以接近光速的速度围绕黑洞旋转的泡沫计算同时追踪了气体的流体,电和磁特性,同时还考虑了爱因斯坦的相对论 在位于奥斯汀德克萨斯大学的德克萨斯高级计算中心的Ranger超级计算机上运行,​​Noble的模拟使用了Ranger的近63,000个中央处理单元中的960个并且用了27天完成多年来,改进的X射线观测提供了越来越多的证据表明硬X射线起源于圆盘上方炎热,脆弱的日冕,这种结构类似于围绕太阳的热冠“天文学家也期望磁盘支持强磁场,并希望这些磁场可能会冒出来,创造出来电晕,“Noble说”但是没有人确切知道这是否真的发生了,如果确实如此,那么产生的X射线是否与我们观察到的相符“使用Noble模拟生成的数据,Schnittman和Krolik开发了工具来跟踪X射线如何在吸积盘和电晕区域内发射,吸收和散射,它们首次展示了直接连接赌注磁盘中的磁湍流,十亿度电晕的形成,以及在一个主动“馈电”黑洞周围产生硬X射线的结果,研究结果“从黑洞中吸收的磁流体动力学模拟的X射线光谱, “发表在6月1日出版的天体物理学期刊中</p><p>在日冕中,电子和其他粒子以相当于光速的部分移动</p><p>当来自光盘的低能X射线穿过该区域时,它可能与一个相撞快速移动的粒子的影响通过一个称为反康普顿散射的过程极大地增加了X射线的能量“黑洞是真正的异国情调,具有极高的温度,令人难以置信的快速运动和重力表现出广义相对论的完全古怪,”Krolik他说:“但我们的计算表明,我们只能使用标准的物理原理来理解它们</p><p>”这项研究基于一个非旋转的黑洞研究人员将结果扩展到旋转黑洞,旋转将盘的内边缘进一步向内拉,条件变得更加极端他们还计划详细比较他们的结果与现在由NASA和其他机构存档的大量X射线观测结果黑洞是最密集的物体,当大质量恒星耗​​尽燃料并坍塌时,形成恒星质量黑洞,将太阳质量的20倍压碎成小于75英里(120公里)宽的紧凑物体出版物:Jeremy D Schnittman,et al,“X-Ray Spectra from Magnetohydrodynamic Simulations of Accreting Black Holes”,2013,ApJ,769,156; doi:101088 / 0004-637X / 769/2/156 PDF研究复制:MHD模拟黑洞增加的X射线光谱资料来源:罗彻斯特理工学院Susan Gawlowicz;美国宇航局图片:....