Le simulazioni del supercomputer rivelano la natura della turbolenza nei dischi di accrescimento del buco nero

I ricercatori della Tohoku University e della Utsunomiya University hanno compiuto importanti progressi nella comprensione della complessa natura della turbolenza nelle strutture chiamate dischi di accrescimento che circondano i buchi neri, utilizzando supercomputer avanzati per eseguire simulazioni alla massima risoluzione possibile.

Un disco di accrescimento, come suggerisce il nome, è un gas a forma di disco che si muove a spirale verso un buco nero centrale.

C’è un grande interesse nello studio delle proprietà uniche ed estreme dei buchi neri. Tuttavia, i buchi neri non permettono alla luce di fuoriuscire, e quindi non possono essere percepiti direttamente dai telescopi.

Per esplorare e studiare i buchi neri, guardiamo invece a come influenzano l’ambiente circostante. I dischi di accrescimento sono un modo per osservare indirettamente gli effetti dei buchi neri, poiché emettono radiazioni elettromagnetiche che possono essere viste con i telescopi.

“Simulazioni accurate del comportamento dei dischi di accrescimento migliorano notevolmente la nostra comprensione dei fenomeni fisici attorno ai buchi neri e forniscono anche spunti cruciali per interpretare i dati osservativi dell’Event Horizon Telescope”, afferma Yohei Kawazura.

I ricercatori hanno utilizzato computer superveloci come Fugaku di RIKEN (il computer più veloce del mondo fino al 2022) e ATERUI II di NAOJ per eseguire simulazioni ad alta risoluzione senza precedenti.

IL Studia È stato pubblicato nel Progresso scientifico Il 28 agosto 2024.

Sebbene siano state effettuate precedenti simulazioni numeriche dei dischi di accrescimento, la banda inerziale non è stata osservata a causa della mancanza di risorse computazionali. Questo studio è stato il primo a riprodurre con successo la “banda inerziale” che collega i vortici grandi e piccoli nella turbolenza del disco di accrescimento.

I ricercatori hanno anche scoperto che “onde magnetoacustiche lente” dominano questa gamma. Questa scoperta spiega perché gli ioni vengono riscaldati selettivamente nei dischi di accrescimento. I campi elettromagnetici turbolenti nei dischi di accrescimento interagiscono con le particelle cariche, accelerandone potenzialmente alcune fino a energie estremamente elevate.

Nella magnetoidrodinamica, le onde magnetoacustiche (lente e veloci) e le onde di Alfvén costituiscono i tipi fondamentali di onde. Si è scoperto che le onde magnetoacustiche lente dominano la banda inerziale, trasportando circa il doppio dell’energia delle onde di Alfvén. La ricerca evidenzia anche una differenza fondamentale tra la turbolenza del disco di accrescimento e la turbolenza del vento solare, dove dominano le onde di Alfvén.

Si prevede che questo progresso migliorerà l’interpretazione fisica dei dati osservativi provenienti dai radiotelescopi focalizzati sulle regioni vicine ai buchi neri.