Los modelos más precisos de agujeros negros nos permitieron resolver casi medio siglo de su naturaleza.

Han pasado unos dos meses desdeLos científicos han revelado al mundo la primera fotografía verdadera de un agujero negro, pero los astrónomos han estado estudiando estos objetos misteriosos durante más de un siglo. Método de investigación moderno: sofisticado modelado por computadora, que permite visualizar agujeros negros con un nivel de detalle sin precedentes, que ninguno de los telescopios disponibles para la humanidad puede señalar. Recientemente, un equipo internacional de científicos creó los modelos informáticos más detallados de un agujero negro y, con la ayuda de ellos, probó un enigma de casi medio siglo relacionado con la naturaleza de los discos de acreción, la materia que eventualmente cae en un agujero negro.

Resultados de simulación realizados porLos astrofísicos de las universidades de Amsterdam, Oxford y Northwestern University muestran que el área interna del disco de acreción está ubicada en el plano ecuatorial del agujero negro, según un comunicado de prensa publicado en el sitio web de Northwestern University (EE. UU.)

El enigma de los agujeros negros de medio siglo.

Su descubrimiento resuelve el enigma descrito originalmente.un físico y premio Nobel John Bardin y el astrofísico Jacob Petterson en 1975. En ese momento, los científicos dijeron que la parte de vórtice del agujero negro debería obligar a la región interna del disco de acreción inclinado a posicionarse en el plano ecuatorial del agujero negro.

Este descubrimiento revela el enigma originalmente.descrito por el físico y premio Nobel John Bardin y el astrofísico Jacob Petterson en 1975. Fue entonces cuando Bardin y Petterson declararon que la parte de vórtice del agujero negro obligaría a la región interna del disco de acreción inclinado a posicionarse en el plano ecuatorial del agujero negro.

Después de décadas de búsqueda de evidencias del efecto.El nuevo modelo de Bardeen-Peterson realizado por un equipo internacional de investigadores permitió determinar que, aunque la región externa del disco de acreción permanece inclinada, su región interna se adapta al plano ecuatorial del agujero negro. El equipo de científicos llegó a esto al reducir el grosor del disco de acreción a un grado sin precedentes y teniendo en cuenta la turbulencia magnética que es responsable de la acreción del disco. Los modelos anteriores que trataron este problema fueron significativamente más simples y simplemente tuvieron en cuenta los efectos aproximados de la turbulencia.

"Este es un descubrimiento revolucionario del efecto Bardeen-Petersonresuelve un problema que ha perseguido a los astrofísicos durante más de cuatro décadas ”, comentó Alexander Chekovsky, de la Northwestern University, uno de los coautores del estudio.

"Estos detalles están muy cerca del negro.Los agujeros pueden parecer insignificantes, pero tienen un efecto profundo en lo que sucede dentro de la galaxia. "Estos efectos controlan qué tan rápido girará el agujero negro y, por lo tanto, qué impacto tendrá en toda la galaxia".

"Estas simulaciones no solo resuelven a los 40 años de edad.Un enigma, pero también, en contra de la opinión general, demuestra que es posible simular los discos de acreción más brillantes teniendo en cuenta la teoría general de la relatividad. Por lo tanto, hemos allanado el camino para la próxima generación de simulaciones que nos permitirán resolver problemas aún más importantes con discos de acreción brillantes ", agrega el autor del estudio Matthew Liska, de la Universidad de Ámsterdam.

¿Por qué necesitamos modelos de agujero negro?

Casi todo nuestro conocimiento de los agujeros negros se basa enestudiando sus discos de acreción. Sin estos brillantes anillos de gas, polvo y otros restos de estrellas muertas que orbitan alrededor de los agujeros negros, los astrónomos no podrán verlos para estudiarlos. Además, los discos de acreción controlan el crecimiento y la velocidad de rotación de los agujeros negros, por lo que una comprensión de su naturaleza es crucial para comprender cómo evolucionan y funcionan los agujeros negros.

Desde los días de Bardeen y Peterson hasta nuestros días.la simulación fue demasiado simplista para confirmar la alineación de la parte interna del disco. En computación, los astrónomos encontraron dos limitaciones. Primero, resultó que los discos de acreción se acercan tanto a un agujero que se mueven en un espacio-tiempo curvo, que cae en un agujero negro con gran velocidad. Además, la fuerza de rotación de un agujero negro hace que el espacio-tiempo gire después de él. La consideración adecuada de estos dos efectos clave requiere la teoría general de la relatividad de Einstein, que predice cómo los objetos afectan la geometría del espacio-tiempo que los rodea.

En segundo lugar, a disposición de los científicos no estabaHay suficiente potencia computacional para tener en cuenta las turbulencias magnéticas o las perturbaciones dentro del disco de acreción. Estas perturbaciones permiten que las partículas del disco se adhieran entre sí y mantengan una forma circular, lo que finalmente permite que el gas del disco se hunda en un agujero negro.

“Imagina que tienes este disco delgado. Su tarea es separar los flujos turbulentos dentro del disco. Es realmente un desafío ", dice Chekovsky.

Sin la posibilidad de separar estas partes, los astrofísicos no podrían realmente modelar agujeros negros realistas.

Simulación de Agujero Negro

Para desarrollar código de computadora capazPara modelar discos de acreción inclinados alrededor de agujeros negros, Liska y Chekovsky usaron gráficos (GPU) en lugar de unidades de procesamiento central (CPU). Extremadamente efectivos en la creación de gráficos de computadora y procesamiento de imágenes, los procesadores gráficos aceleran la creación de imágenes en la pantalla. En comparación con las CPU, son mucho más eficientes en los algoritmos de computación que procesan enormes cantidades de datos.

Chekovsky compara una GPU con 1000 caballos y una CPU con un Ferrari con un motor de 1000 caballos de fuerza.

“Imagina que te estás mudando a un nuevo apartamento. Tendrá que viajar muchas veces desde su apartamento a Ferrari, ya que no cabe mucho equipaje. Pero si pudiera poner una caja en cada uno de los mil caballos, podría haber transportado todas las cosas a la vez. Este es el poder de la GPU. Tiene muchos componentes, cada uno de los cuales es individualmente más lento que la CPU, pero hay muchos de ellos ”, explica Chekovsky.

Además, Liska añade, por sus medidas.Utilizaron el método de rectificado adaptativo de la cuadrícula computacional, que utiliza una cuadrícula dinámica que cambia y se adapta al flujo de movimiento a lo largo de la simulación. Este método le permite ahorrar energía y recursos de computadora, enfocándose solo en ciertos bloques de la red, donde, de hecho, hay movimientos de flujos.

Los investigadores señalan que utilizandoLas GPU permitieron acelerar la simulación y el uso de malla adaptable para aumentar la resolución de esta simulación. Al final, los científicos pudieron crear modelos de discos de acreción muy delgados con una relación de altura a radio de 0.03. Al modelar un disco tan delgado, los investigadores pudieron ver la ecuación del plano del disco de acreción cerca del agujero negro.

"Los discos modelados más delgados tenían una altura de hasta un radio de alrededor de 0.05, y resultó que las cosas interesantes suceden solo a 0.03", dice Chekovsky.

Los astrónomos observan que incluso con discos tan delgados, los agujeros negros aún emiten fuertes chorros de partículas y radiación.

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"Nadie esperaba ver discos tan finoscapaz de lanzar chorros. Todos esperaban que los campos magnéticos que creaban estas corrientes desgarraran estos discos delgados, y aún así siguen ahí, y gracias a eso podemos resolver tales enigmas observacionales ", dice Chekovsky.

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