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美国宇航局科学家用超级计算机创造黑洞喷流

首先,由 NASA 和欧洲航天局运营的射电望远镜和 X 射线望远镜为喷流和其他 AGN 外流提供了观测证据。 在过去的 30 到 40 年里,包括韦弗在内的天文学家通过将光学、无线电、紫外线和 X 射线证据联系在一起,拼凑出对它们起源的解释。

由于它们产生的巨大结构,高亮度射流更容易在无线电测量中定位。 由于低亮度喷流很难观察到,天文学界必须充分理解它们。

使用 美国航空航天局 气候模拟中心 (NCCS),美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家进行了 100 次模拟探索 以接近光速的速度从超大质量黑洞中喷出的喷流.

研究负责人、美国宇航局戈达德 X 射线天体物理学实验室的博士后 Ryan Tanner 说, “当喷流和风从这些活跃的星系核 (AGN) 中流出时,它们会调节星系中心的气体并影响诸如 恒星形成 速率以及气体如何与周围的银河环境混合。”

“我们的模拟侧重于研究较少、亮度较低的喷流,以及它们如何决定宿主星系的演化。”

黑洞喷射模拟
黑洞喷流模拟是在 NCCS 的 127,232 核 Discover 超级计算机上进行的。 美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室拍摄的照片。

输入 NASA 超级计算机支持的模拟。 科学家们使用了一个假设星系的总质量 银河 创造切合实际的起始条件。 他们研究了 NGC 1386、NGC 3079 和 NGC 4945 等螺旋星系,以确定气体分布和其他 AGN 特征。

后来,科学家们修改了天体物理流体动力学代码,以探索喷流和气体在 26,000 光年空间(大约是银河系半径的一半)中相互影响。 从全套 100 个模拟中,该团队选择了 19 个——在 NCCS Discover 超级计算机上消耗了 800,000 个核心小时——用于发布。

坦纳说, “与使用更适度的资源相比,使用 NASA 超级计算资源使我们能够探索更大的参数空间。 这导致发现了我们在更有限的范围内无法发现的重要关系。”

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模拟揭示了低光度射流的两个重要特性:

  • 与高亮度喷流相比,它们与宿主星系的相互作用要多得多。
  • 它们既影响星系内的星际介质,也受其影响,导致比高光度喷流具有更多的形状变化。

X 射线天体物理学实验室天体物理学家 Kimberly Weaver 说过“我们已经证明了 AGN 影响其星系并产生物理特征的方法,例如 星际介质,我们已经观察了大约 30 年。 这些结果与光学和 X 射线观察相比较。 我惊讶于该理论与观测结果的匹配程度如此之高,并解决了我作为研究生研究的有关 AGN 的长期问题,例如 NGC 1386! 现在我们可以扩展到更大的样本。”

杂志参考:

  1. Ryan Tanner 等人,AGN 驱动的银河流出形态和内容的模拟, 天文学杂志 (2022)。 DOI: 10.3847/1538-3881/ac4d23

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