Crne rupe, regioni u prostor-vremenu gde je gravitacija toliko jaka da ništa ne može da pobegne od njih, spadaju među najfascinantnije i najšire proučavane kosmičke pojave. Iako sada postoji bezbroj teorija o njihovom formiranju i osnovnoj fizici, mnoga pitanja ostaju bez odgovora.
Jedno od dugotrajnih pitanja u proučavanju crnih rupa je zašto plazma koja ih okružuje tako sjajno sija, kao što pokazuje nekoliko direktnih teleskopskih slika prikupljenih do sada. U radu objavljenom u Phisical Reviev Letters, istraživači sa Universite Grenoble Alpes-CNRS, Triniti College Dublin i Univerzitet Merilend predstavili su kompjuterske simulacije koje nude održivo objašnjenje.
„Bili smo veoma impresionirani nedavnom objavljivanjem slika supermasivne crne rupe M87* u saradnji sa Event Horizon Telescope (EHT)“, rekao je za Phis.org Benjamin Crinkuand, jedan od istraživača koji su sproveli studiju. „Ovo zapažanje se dogodilo kada je ova crna rupa imala istorijski nisku osvetljenost (bila je ‘mirna’). Međutim, poznato je da M87* proizvodi rafale/baklje emisije na različitim talasnim dužinama, sve do gama zraka.“
Ključni cilj nedavne studije Krinkvanda i njegovih kolega bio je da naprave predviđanja o tome kako bi izgledale slike crne rupe M87* koje je prikupila EHT saradnja da su sakupljene tokom jednog od njegovih uobičajenih izliva emisije. Da bi to uradili, izveli su seriju simulacija kinetičke plazme, predstavljajući blizinu rotirajuće crne rupe tokom takvih izliva.
„Ovaj novi alat za simulaciju za razumevanje ponašanja plazme u tako ekstremnom okruženju razvijen je vrlo nedavno“, objasnio je Crinkuand. „Njegov cilj je da tretira plazmu iz prvih principa i da uključi relevantnu mikrofiziku, koja bi bila isprana u zajedničkom fluidnom okviru (magnetohidrodinamičke simulacije). Tada treba znati kako je materija povezana sa zračenjem, koje se na kraju posmatra sa Zemlje. .“
Teorijske i eksperimentalne studije su pokazale da se u okruženjima crnih rupa fotoni ne šire pravolinijski, zbog njihove jake gravitacije. U svojim kinetičkim simulacijama, Crinkuand i njegove kolege su pokušali da objasne ovo implementacijom modula za praćenje zraka, koji prati svetlost koju emituje plazma oko crne rupe od simulacije do posmatrača.
Sve u svemu, simulacije koje je sproveo ovaj tim istraživača sugerišu da pod određenim uslovima nestabilnosti magnetnog polja mogu dovesti do stvaranja radio-talasnih vrućih tačaka, koje bi se rotirale oko senke crne rupe. Tim je predvideo da će za velike crne rupe, kao što je M87*, orbitalni radijus ovih žarišta biti približno tri puta veći od radijusa crne rupe, a žarištu će biti potrebno oko pet dana da orbitiraju oko crne rupe.
„Naš glavni doprinos je spoznaja da kada je crna rupa u takvom stanju, slika treba da prikazuje vruće tačke, za koje se očekuje da se rotiraju s vremenom“, rekao je Krinkvand. „Ove vruće tačke su potpis ‘plazmoida’, zatvorenih magnetnih struktura u magnetosferi crne rupe. Takođe očekujemo da će se slika smanjiti unutar ‘fotonskog prstena’, koji se obično naziva senka koju je EHT posmatrao 2019. .“
Simulacije koje vodi ovaj tim istraživača uvode zanimljivu teorijsku hipotezu koja bi se mogla potvrditi budućim astronomskim posmatranjima. Konkretno, oni predviđaju da bi obrasci emisije zračenja uočeni oko crnih rupa mogli biti uzrokovani razbijanjem magnetnih polja i rezultirajućim formiranjem vrućih tačaka radio-talasa.
Trenutna verzija EHT-a možda nije dovoljno osetljiva da uhvati obrasce emisije koje su simulirali, zbog svoje ograničene prostorne i vremenske rezolucije. Bez obzira na to, Crinkuand i njegove kolege se nadaju da će buduće verzije teleskopa pomoći da se potvrdi njihova teorija.
„U budućnosti želimo da nastavimo sa dve linije istraživanja“, dodao je Krinkvand. „Prvo, ažuriramo naš modul kako bismo uzeli u obzir polarizaciju emitovanog zračenja, kako bismo povećali prediktivnu moć našeg modela. 2021. godine, EHT je objavio polarizovana zapažanja M87*, tako da je sada sazrelo vreme da teoretičari naprave takve predviđanja. Sa teorijske strane, takođe želimo da bolje razumemo šta pokreće ovu tranziciju između stanja mirovanja i stanja plamena. Posebno ćemo morati da razumemo povezane vremenske skale: vreme ponavljanja baklji, tipično podizanje, vreme, itd.“
