Des scientifiques de la NASA créent des jets de trous noirs avec des superordinateurs

À l’aide du Centre de simulation climatique de la NASA (NCCS), les scientifiques du Centre de vol spatial Goddard de la NASA ont effectué 100 simulations explorant les jets – des faisceaux étroits de particules énergétiques – qui émergent à des vitesses proches de la lumière des trous noirs supermassifs. Ces mastodontes se trouvent au centre de galaxies actives en formation d’étoiles comme notre propre galaxie, la Voie lactée, et peuvent peser des millions à des milliards de fois la masse du soleil.

Au fur et à mesure que les jets et les vents s’écoulent de ces noyaux galactiques actifs (AGN), ils “contrôlent le gaz au centre de la galaxie et affectent des choses comme le taux de formation d’étoiles et la façon dont le gaz se mélange avec l’environnement galactique environnant”, a expliqué le chef de file. étude. Ryan Tanner, post-doctorant au laboratoire d’astrophysique à rayons X Goddard de la NASA.

“Pour nos simulations, nous nous sommes concentrés sur des jets peu étudiés et à faible luminosité et sur la manière dont ils déterminent l’évolution de leurs galaxies hôtes.” dit Taner. Il a collaboré avec l’astrophysicienne du laboratoire d’astrophysique des rayons X Kimberly Weaver sur l’étude informatique, qui apparaît dans Le Journal Astronomique.

Les preuves d’observation des jets et d’autres flux AGN sont venues d’abord des radiotélescopes et plus tard des télescopes à rayons X de la NASA et de l’Agence spatiale européenne. Au cours des 30 à 40 dernières années, des astronomes, dont Weaver, ont reconstitué une explication de leur origine en reliant les observations optiques, radio, ultraviolettes et de rayons X (voir l’image suivante ci-dessous).

“Les jets à haute luminosité sont plus faciles à trouver car ils créent des structures massives qui peuvent être vues dans les observations radio”, a expliqué Tanner. “Les jets à faible luminosité sont difficiles à étudier par observation, ils sont donc également mal compris par la communauté astronomique.”

Entrez dans les simulations compatibles avec les superordinateurs de la NASA. Pour des conditions de départ réalistes, Tanner et Weaver ont utilisé la masse totale d’une galaxie hypothétique à peu près de la taille de la Voie lactée. Pour la distribution de gaz et d’autres propriétés de l’AGN, ils ont examiné des galaxies spirales telles que NGC 1386, NGC 3079 et NGC 4945.

Tanner a modifié le code d’hydrodynamique astrophysique Athena pour explorer les effets des jets et des gaz les uns sur les autres sur 26 000 années-lumière d’espace, soit environ la moitié du rayon de la Voie lactée. Sur l’ensemble complet de 100 simulations, l’équipe en a sélectionné 19, qui ont consommé 800 000 heures de base sur le supercalculateur NCCS Discover, pour publication.

“La possibilité d’utiliser les ressources de supercalcul de la NASA nous permet d’explorer un espace de paramètres beaucoup plus large que si nous devions utiliser des ressources plus modestes”, a déclaré Tanner. “Cela a fini par supprimer des relations importantes que nous n’aurions pas découvertes avec une portée plus limitée.”

Les simulations ont découvert deux caractéristiques principales des jets à faible luminosité :

• Ils interagissent avec leur galaxie hôte bien plus que les jets à haute luminosité.
• Ils affectent et sont affectés par le milieu interstellaire dans la galaxie, conduisant à des formes plus différentes que les jets à haute luminosité.

“Nous avons montré la manière dont AGN impacte sa galaxie et crée des caractéristiques physiques, telles que des chocs dans le milieu interstellaire, que nous observons depuis près de 30 ans”, a déclaré Weaver. “Ces résultats se comparent bien aux observations optiques et aux rayons X. J’ai été surpris de voir à quel point la théorie correspondait aux observations et répondait aux questions de longue date que j’avais sur l’AGN que j’ai étudié en tant qu’étudiant diplômé, comme NGC 1386 ! Et maintenant, nous pouvons développez des échantillons encore plus grands.”