Simulimet parashikojnë ekzistencën e pikave të nxehta të valëve të radios së vrimës së zezë

Vrimat e zeza, rajone në hapësirë-kohë ku graviteti është aq i fortë sa asgjë nuk mund t’u shpëtojë atyre, janë ndër fenomenet kozmike më magjepsëse dhe të studiuara gjerësisht. Ndërsa tani ka teori të panumërta rreth formimit të tyre dhe fizikës themelore, shumë pyetje mbeten pa përgjigje.

Një nga pyetjet e kahershme në studimin e vrimave të zeza është pse plazma që i rrethon ato shkëlqen kaq shkëlqyeshëm, siç tregohet nga disa imazhe të teleskopit direkt të mbledhura deri më tani. Në një punim të botuar në Physical Review Letters, studiuesit në Université Grenoble Alpes-CNRS, Trinity College Dublin dhe University of Maryland paraqitën simulime kompjuterike që ofrojnë një shpjegim të zbatueshëm.

“Ne ishim shumë të impresionuar nga publikimi i fundit i imazheve të vrimës së zezë supermasive M87* nga bashkëpunimi i Teleskopit të Horizontit të Ngjarjeve (EHT)”, tha për Phys.org Benjamin Crinquand, një nga studiuesit që kreu studimin. “Ky vëzhgim ndodhi kur kjo vrimë e zezë ishte me një shkëlqim historikisht të ulët (ishte ‘e qetë’). Megjithatë, M87* dihet se prodhon shpërthime/shpërthime emetimi në gjatësi vale të ndryshme, deri në rrezet gama.”

Objektivi kryesor i studimit të fundit nga Crinquand dhe kolegët e tij ishte të bënin parashikime se si do të dukeshin imazhet e vrimës së zezë M87* të mbledhura nga bashkëpunimi EHT nëse do të mblidheshin gjatë një prej shpërthimeve të saj të zakonshme të emetimit. Për ta bërë këtë, ata kryen një seri simulimesh kinetike të plazmës, që përfaqësojnë afërsinë e një vrime të zezë rrotulluese gjatë shpërthimeve të tilla.

“Ky mjet i ri simulues për të kuptuar sjelljen e plazmës në një mjedis kaq ekstrem u zhvillua shumë kohët e fundit,” shpjegoi Crinquand. “Qëllimi i tij është të trajtojë plazmën nga parimet e para dhe të përfshijë mikrofizikën përkatëse, e cila do të shpërndahej në kornizën e përbashkët të lëngut (simulimet magnetohidrodinamike). Më pas duhet të dihet se si materia shoqërohet me rrezatimin, i cili në fund vërehet nga Toka. .”

Studimet teorike dhe eksperimentale kanë treguar se në mjediset e vrimave të zeza, fotonet nuk përhapen në vija të drejta, për shkak të gravitetit të tyre të fortë. Në simulimet e tyre kinetike, Crinquand dhe kolegët e tij u përpoqën të japin llogari për këtë duke zbatuar një modul të gjurmimit të rrezeve, i cili gjurmon dritën e emetuar nga plazma rreth një vrime të zezë nga simulimi tek një vëzhgues.

Në përgjithësi, simulimet e kryera nga ky ekip studiuesish sugjerojnë se në kushte të caktuara, paqëndrueshmëritë e fushës magnetike mund të çojnë në prodhimin e pikave të nxehta të valëve të radios, të cilat do të rrotulloheshin rreth hijes së një vrime të zezë. Ekipi parashikoi që për vrimat e zeza të mëdha, si M87*, rrezja orbitale e këtyre pikave të nxehta do të ishte afërsisht tre herë më e madhe se rrezja e vrimës së zezë dhe pikave të nxehta do të duheshin rreth pesë ditë për të orbituar vrimën e zezë.

“Kontributi ynë kryesor është realizimi se kur vrima e zezë është në një gjendje të tillë, imazhi duhet të shfaqë pika të nxehta, të cilat pritet të rrotullohen me kalimin e kohës”, tha Crinquand. “Këto pika të nxehta janë nënshkrimi i ‘plazmoideve’, strukturave magnetike të mbyllura në magnetosferën e vrimës së zezë. Ne gjithashtu presim që imazhi të tkurret brenda ‘unazës së fotonit’, e cila zakonisht thirret si hija e vëzhguar nga EHT në 2019. .”

Simulimet e drejtuara nga ky ekip studiuesish paraqesin një hipotezë teorike interesante që mund të verifikohet nga vëzhgimet e ardhshme astronomike. Në mënyrë të veçantë, ata parashikojnë se modelet e emetimit të rrezatimit të vëzhguara rreth vrimave të zeza mund të jenë për shkak të thyerjes së fushave magnetike dhe formimit të rezultuar të pikave të nxehta të valëve të radios.

Versioni aktual i EHT mund të mos jetë mjaft i ndjeshëm për të kapur modelet e emetimit që ata simuluan, për shkak të rezolucionit të tij të kufizuar hapësinor dhe kohor. Megjithatë, Crinquand dhe kolegët e tij shpresojnë se versionet e ardhshme të teleskopit do të ndihmojnë për të vërtetuar teorinë e tyre.

“Në të ardhmen, ne dëshirojmë të ndjekim dy linja kërkimi,” shtoi Crinquand. “Së pari, ne po përditësojmë modulin tonë për të llogaritur polarizimin e rrezatimit të emetuar, për të rritur fuqinë parashikuese të modelit tonë. Në vitin 2021, EHT lëshoi vëzhgime të polarizuara të M87*, kështu që tani është koha që teoricienët të bëjnë të tilla parashikimet. Nga ana teorike, ne duam gjithashtu të kuptojmë më mirë se çfarë e shtyn këtë tranzicion midis një gjendjeje të qetë dhe një gjendjeje ndezëse. Ne do të duhet veçanërisht të kuptojmë shkallët kohore të lidhura: koha e përsëritjes së ndezjeve, ngritja tipike, koha, etj.”