Skoro dva stoljeća nije bilo jasno da je sjajna tačka u sazvježđu Djevice, koju je Charles Messier 1781. godine opisao kao „87: Maglina bez zvijezda“, zapravo veoma velika galaksija. Zbog toga u početku nije bilo objašnjenja za neobičan mlaz, otkriven 1918. godine, koji dolazi iz središta ove „magline“.
U središtu divovske galaksije M87 nalazi se crna rupa M87*, koja ima zapanjujućih šest i po milijardi solarnih masa i brzo se okreće oko svoje osi. Pomoću energije iz te rotacije, M87* napaja mlaz čestica izbačen gotovo brzinom svjetlosti, dužinom od nevjerovatnih 5.000 svjetlosnih godina. Takve mlazove stvaraju i druge rotirajuće crne rupe. Oni doprinose širenju energije i materije po svemiru te mogu utjecati na evoluciju čitavih galaksija.
Astrofizičari s Univerziteta Goethe u Frankfurtu razvili su numerički kod, takozvani frankfurtski „čestica u ćeliji“ kod za prostor-vrijeme crnih rupa (FPIC), koji vrlo precizno opisuje procese pretvaranja rotacione energije u mlaz čestica.
Rezultat: osim mehanizma Blenford-Znajek, koji se dosad smatrao odgovornim za izvlačenje rotacione energije iz crne rupe putem jakih magnetnih polja, naučnici su otkrili da je još jedan proces uključen u ekstrakciju energije – magnetna rekonekcija. U tom procesu linije magnetnih polja pucaju i ponovo se spajaju, što dovodi do pretvaranja magnetne energije u toplotu, zračenje i erupcije plazme.
FPIC kod je simulirao evoluciju velikog broja naelektrisanih čestica i ekstremnih elektromagnetnih polja pod utjecajem snažne gravitacije crne rupe.
„Simulacija takvih procesa ključna je za razumijevanje složene dinamike relativističkih plazmi u zakrivljenim prostor-vremenima u blizini kompaktnih objekata, gdje vlada interakcija ekstremnih gravitacijskih i magnetnih polja“, navode istraživači.
Istraživanja su zahtijevala visokointenzivne superkompjuterske simulacije koje su trošile milione sati centralnog procesora. Ova ogromna kompjuterska snaga bila je presudna za rješavanje Maksvelovih jednačina i jednačina kretanja za elektrone i pozitrone prema Ajnštajnovoj teoriji opće relativnosti.
U ekvatorijalnoj ravni crne rupe kalkulacije su otkrile snažnu aktivnost rekonekcije, koja je dovodila do formiranja lanca plazmoida – kondenzacija plazme u energetske „mjehure“ – koji su se kretali gotovo brzinom svjetlosti.
Ovaj proces pratio je nastanak čestica s negativnom energijom, čime su pokrenuti moćni ekstremni astrofizički fenomeni poput mlazeva i erupcija plazme.
„Naši rezultati predstavljaju fascinantnu mogućnost da mehanizam Blenford-Znajeka nije jedini astrofizički proces sposoban za izvlačenje rotacione energije iz crne rupe, nego da i magnetna rekonekcija doprinosi“, objašnjavaju istraživači. „Naš rad pokazuje kako se energija efikasno izvlači iz rotirajućih crnih rupa i kanališe u mlazove.“
Ovo pomaže objasniti ekstremne luminozitete aktivnih galaktičkih jezgara, kao i ubrzanje čestica gotovo do brzine svjetlosti. Veoma je uzbudljivo i fascinantno bolje razumjeti šta se događa u blizini crne rupe koristeći sofisticirane numeričke kodove, kažu istraživači.
Još je vrijednija sposobnost da se rezultati ovih složenih simulacija objasne pomoću rigoroznog matematičkog pristupa, kao što je učinjeno u ovoj studiji.