Crne rupe bile su beskrajan izvor fascinacije otkad je Einsteinova teorija opće relativnosti predviđala njihovo postojanje. U posljednjih 100 godina, istraživanje crnih rupa znatno je napredovalo, ali strahopoštovanje i tajanstvenost tih predmeta ostaje. Na primjer, znanstvenici su primijetili da u nekim slučajevima u crnim rupama postoje ogromni mlazovi nabijenih čestica koje se protežu milijunima svjetlosnih godina.
Ti „relativistički mlazovi“ - tako nazvani zato što pokreću nabijene čestice brzinom djelića brzinom svjetlosti - godinama su zbunjivali astronome. Ali zahvaljujući nedavnoj studiji koju je proveo međunarodni tim istraživača, novi je uvid u ove mlazove. U skladu s općom relativnošću, istraživači su pokazali da ti mlazovi postupno prerastu (tj. Mijenjaju smjer) kao rezultat što se prostor-vrijeme odvlači u rotaciju crne rupe.
Njihova studija pod nazivom "Formiranje preradbenih mlaznica na nagnutim crnim rupama u 3D općim relativističkim MHD simulacijama" nedavno se pojavila u časopisu Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva, Tim se sastojao od članova Centra za interdisciplinarno istraživanje i istraživanje astrofizike (CIERA) na Sveučilištu Severozapad.
Za vrijeme svoje studije, tim je izveo simulacije pomoću superračunala Blue Waters na Sveučilištu Illinois. Simulacije koje su provele bile su prva koja je modelirala ponašanje relativističkih mlaznica koje dolaze iz Supermasivne crne rupe (SMBH). S blizu milijardu računskih ćelija, to je ujedno bila i simulacija najveće rezolucije akreditirane crne rupe ikad ostvarene.
Kao što je Alexander Tchekhovskoy, docent fizike i astronomije na Weinbergovom koledžu za umjetnost i znanost Northwestern-a, objasnio je u nedavnom saopćenju za javnost Northwestern Now:
„Razumijevanje kako rotirajuće crne rupe povlače prostor-vrijeme oko njih i kako taj proces utječe na ono što vidimo kroz teleskope i dalje je presudna, teško pukotina. Srećom, proboj u razvoju koda i skokovi u arhitekturi superračunala sve nas približavaju pronalaženju odgovora. "
Kao i sve Supermasivne crne rupe, SMB-ovi koji se brzo okreću redovito zahvaćaju (aka. Accrete) tvar. Međutim, brzo crtajuće se crne rupe poznate su i po načinu na koji emitiraju energiju u obliku relativističkih mlazeva. Materija koja hrani ove crne rupe tvori oko njih rotirajući disk - aka. akrecijski disk - koji se odlikuje vrućim, energiziranim plinovima i magnetskim poljem.
Prisutnost ovih linija polja omogućuje crnim rupama da pokreću energiju u obliku ovih mlazeva. Kako su ti mlazovi toliko veliki da ih je lakše proučiti nego same crne rupe. Čineći to, astronomi su u stanju razumjeti kako se brzo mijenja smjer ovih mlazeva, što otkriva stvari oko rotacije samih crnih rupa - poput orijentacije i veličine njihovih okretnih diskova.
Napredne računalne simulacije potrebne su kada je u pitanju istraživanje crnih rupa, uglavnom zato što se ne mogu opažati pri vidljivom svjetlu i obično su vrlo daleko. Na primjer, najbliži Zemlji SMBH je Strijelac A *, koji se nalazi oko 26 000 svjetlosnih godina u središtu naše galaksije. Kao takve, simulacije su jedini način da se utvrdi kako djeluje vrlo složen sustav poput crne rupe.
U prethodnim simulacijama znanstvenici su radili pod pretpostavkom da su diskovi s crnom rupom poravnani. Međutim, za većinu SMBH-a otkriveno je da imaju nagnute diskove - tj. Diskovi se okreću oko zasebne osi od same crne rupe. Ova je studija stoga bila osnovna jer je pokazala kako diskovi mogu mijenjati smjer u odnosu na svoju crnu rupu što je dovelo do prethodnih mlazeva koji povremeno mijenjaju smjer.
To se ranije nije znalo zbog nevjerojatno velike računalne snage potrebne za izgradnju 3-D simulacija regije koja okružuje brzo vrteću se crnu rupu. Uz potporu stipendija Nacionalne znanstvene zaklade (NSF), tim je to uspio postići Plavim vodama, jednim od najvećih superračunala na svijetu.
S ovim superračunalom na raspolaganju, tim je uspio konstruirati prvi simulacijski kod crne rupe, koji su ubrzali pomoću jedinica za grafičku obradu (GPU). Zahvaljujući ovoj kombinaciji, tim je uspio izvesti simulacije s najvišom razinom rezolucije ikad postignutim - tj. Blizu milijardu računskih ćelija. Kao što je objasnio Tchekhovskoy:
„Visoka razlučivost omogućila nam je, prvi put, da osiguramo precizno snimanje pokretnih diskova malih razmjera u naše modele. Na naše iznenađenje, ovi prijedlozi su se pokazali toliko jakim da su disk nagomilali i zaustavila se precesija diska. To sugerira da se precesija može dogoditi rafalom. "
Precesija relativističkih mlaznica mogla bi objasniti zašto su u prošlosti uočene fluktuacije svjetlosti koje dolaze iz crnih rupa - poznatih kao kvaziperiodične oscilacije (QPO). Ove grede, koje je prvi otkrio Michiel van der Klis (jedan od koautora studije), djeluju na gotovo isti način kao i kvazarske grede, za koje se čini da imaju efekt strobe.
Ovo je istraživanje jedno od mnogih koje se provodi na rotirajućim crnim rupama širom svijeta, čija je svrha bolje razumijevanje nedavnih otkrića poput gravitacijskih valova, nastalih spajanjem crnih rupa. Ova se istraživanja primjenjuju i na opažanja iz teleskopa "Horizon" koji su snimile prve slike sjene Strijelca A *. Ono što će otkriti sigurno će uzbuditi i zadiviti, a potencijalno produbiti tajnu crnih rupa.
U prošlom stoljeću, istraživanje crnih rupa znatno je napredovalo - od čisto teorijskih, do neizravnih studija utjecaja koje imaju na okolnu materiju, do samog istraživanja gravitacijskih gravitacija. Možda bismo jednog dana zapravo mogli izravno proučiti ih ili (ako se ne treba previše nadati) zaviriti izravno u njih!
