Elektroni koji kruže u blizini crne rupe u središtu galaksije M87 mogli bi biti znatno hladniji od protona – i to za faktor sto. Ti neočekivani rezultati, dobiveni putem superračunalnih simulacija, dovode u pitanje postojeće modele zagrijavanja čestica u ekstremnim astrofizičkim uvjetima.
Elektroni koji kruže rubovima crne rupe u središtu galaksije M87 mogli bi biti i do stotinu puta hladniji od protona, pokazale su najnovije superračunalne simulacije. Ova iznenađujuća razlika u temperaturi dovodi u pitanje temeljne modele o ponašanju plazme u ekstremnim gravitacijskim uvjetima i otvara nova pitanja o strukturi i dinamici jednog od najpoznatijih objekata u svemiru.
Prva snimka crne rupe iz 2019., nastala uz pomoć Event Horizon Telescopea (EHT), prikazala je svjetleći prsten koji okružuje tamno središte, u galaksiji udaljenoj 55 milijuna svjetlosnih godina. Riječ je o sinkrotronskom zračenju, svjetlosti koju emitiraju elektroni dok spiralno putuju uzduž magnetnih linija oko crne rupe. No što se točno događa neposredno uz horizont događaja, i dalje je predmet intenzivnih istraživanja.
Astrofizičar Andrew Chael sa Sveučilišta Princeton, član tima EHT-a, vodi skupinu znanstvenika koja koristi superračunala kako bi simulirala ponašanje plazme pod utjecajem jake gravitacije i magnetskih polja. Njihove nove simulacije, objavljene u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society u veljači 2025., prvi su pokušaj odvojenog modeliranja elektrona i protona u okruženju crne rupe.
Model koji ne odgovara promatranjima
Dosadašnji modeli tretirali su elektrone i protone u plazmi kao jedinstvenu fluidnu cjelinu. Chaelov tim odlučio je razdvojiti te čestice i precizno izračunati njihove zasebne interakcije i temperaturne odnose. Upravo ta razlika u temperaturi, pokazuje se, ključna je za izgled crne rupe koji bilježi EHT, od intenziteta svjetlosti do stupnja polarizacije.
“Ono što smo otkrili je da su elektroni daleko topliji nego što se ranije mislilo. Ne možemo reproducirati nisku polarizaciju koju vidimo na stvarnim slikama M87, što znači da nešto u našem razumijevanju još nedostaje”, rekao je Chael.
Prema njihovim izračunima, elektroni u M87 mogli bi biti i do stotinu puta hladniji od protona, što je u izravnom sukobu s postojećim modelima zagrijavanja u astrofizičkoj plazmi. Time se otvara mogućnost da plazma u blizini crnih rupa funkcionira na posve drugačiji način nego što se dosad pretpostavljalo.
Za potrebe simulacija, Chaelov tim koristio je superračunala Stampede2 i Stampede3 u okviru Texas Advanced Computing Centera (TACC), s pristupom omogućenim putem NSF-ova programa ACCESS. Ukupno su proveli 11 simulacija koje uzimaju u obzir različite brzine rotacije crne rupe i sve ključne faktore: gravitaciju, magnetizam i dinamiku plazme.
Crna rupa u promjeni
U zasebnom istraživanju objavljenom u siječnju 2025., Chael i suradnici usporedili su snimku crne rupe s nizom simulacija koje prikazuju kako se njezin izgled mijenja kroz vrijeme. I dok se veličina same “sjene” pokazala stabilnom, raspored svjetlosti oko nje nije. Najsjajnija točka na prstenu pomiče se zbog turbulentnih strujanja i lokalnog zagrijavanja plazme.
“Crne rupe su ekstremno složena okruženja. Da bismo ih razumjeli, oslanjamo se na simulacije koje uzimaju u obzir svaki fizički učinak. Iako su te interakcije često nepredvidive, ovi alati omogućuju nam da ih ipak pratimo i analiziramo s nevjerojatnom preciznošću”, zaključio je Chael.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
