NASA-Wissenschaftler bauen mit einem Supercomputer Jets aus Schwarzen Löchern

Unter Nutzung des NASA-Zentrums für Klimasimulationen (NCCS) führten Wissenschaftler des Goddard Space Flight Center der NASA 100 Simulationen durch, um Jets – schmale Bänder energiereicher Teilchen – zu entdecken, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus supermassereichen Schwarzen Löchern austreten. Diese Riesenplaneten befinden sich in den Zentren aktiver sternbildender Galaxien wie unserer eigenen Milchstraße und können das Millionen- bis Milliardenfache der Masse der Sonne wiegen.

Aus diesen strömen auch Jets und Winde aktive galaktische Kerne (AGN) „regulieren sie das Gas im galaktischen Zentrum und beeinflussen Dinge wie die Rate der Sternentstehung und wie sich das Gas mit der umgebenden galaktischen Umgebung vermischt“, erklärte Studienleiter Ryan Tanner, Postdoktorand bei NASA X-rays. Astrophysik Labor.

„Für unsere Simulationen konzentrierten wir uns auf weniger untersuchte Jets mit geringer Helligkeit und darauf, wie sie die Entwicklung von Wirtsgalaxien bestimmen.“ Tanner sagte. Er arbeitete mit der Röntgenlabor-Astrophysikerin Kimberly Weaver an der Computerstudie zusammen, die in erscheint Das Astronomische Journal.

Beobachtungsnachweise für Jets und Abflüsse anderer AGNs kamen zunächst aus Radioteleskope und später die Röntgenteleskope der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation. In den letzten 30 bis 40 Jahren haben Astronomen, darunter auch Weaver, eine Erklärung für ihren Ursprung zusammengestellt, indem sie optische, Radio-, Ultraviolett- und Röntgenbeobachtungen miteinander verbunden haben (siehe nächstes Bild unten).

„Jets mit hoher Helligkeit sind leichter zu finden, weil sie massive Strukturen erzeugen, die bei Radiobeobachtungen zu sehen sind“, erklärte Tanner. „Jets mit geringer Helligkeit sind eine Herausforderung für das Studium mit Beobachtung, daher versteht die Astronomie-Community sie auch nicht.“

Betreten Sie die Simulationen, die von den Supercomputern der NASA unterstützt werden. Für realistische Startbedingungen verwendete Tanner Weaver die Gesamtmasse einer hypothetischen Galaxie von der Größe der Milchstraße. Für die Gasverteilung und Eigenschaften anderer aktiver galaktischer Kerne suchten sie nach Spiralen Galaxien Wie NGC 1386, NGC 3079 und NGC 4945.

Tanner modifizierte den Astrophysik-Code von Athena Hydro, um die Auswirkungen von Jets und Gas aufeinander in einem Raum von 26.000 Lichtjahren zu untersuchen, was etwa dem halben Radius der Milchstraße entspricht. Aus dem vollständigen Satz von 100 Simulationen wählte das Team 19 – die 800.000 Basisstunden auf dem NCCS Discover-Supercomputer verbrauchten – für den Einsatz aus.

„Die Möglichkeit, die Supercomputing-Ressourcen der NASA zu nutzen, hat es uns ermöglicht, einen viel größeren Parameterraum zu erforschen, als wenn wir bescheidenere Ressourcen verwenden müssten“, sagte Tanner. „Dadurch wurden wichtige Zusammenhänge sichtbar, die wir in begrenztem Umfang nicht erkennen konnten.“

Die Simulationen zeigten zwei Hauptmerkmale der Flugzeuge mit geringer Helligkeit:

• Sie interagieren viel mehr mit ihrer Wirtsgalaxie als die High-Brightness-Jets.
• Beide beeinflussen und werden von dem interstellaren Medium innerhalb der Galaxie beeinflusst, was zu einer größeren Formenvielfalt als die Koryphäen führt. Flugzeuge.

„Wir haben gezeigt, wie das AGN Galaxien beeinflusst und erschafft physikalische Eigenschaftenwie Erschütterungen in interstellares Medium, was uns vor etwa 30 Jahren aufgefallen ist“, sagte Weaver. Diese Ergebnisse lassen sich gut mit visuellen und Röntgenbeobachtungen vergleichen. Ich war überrascht, wie gut die Theorie zu Beobachtungen passt und langjährige Fragen anspricht, die ich zu lebenden Zellkernen hatte, die ich als Doktorand untersuchte, wie zum Beispiel NGC 1386! Jetzt können wir auf größere Stichproben ausdehnen. “