Црне рупе су једна од најневјероватнијих и најтајанственијих сила у Универзуму. Првобитно предвиђена Еинстеиновом теоријом опште релативности, ове тачке у свемирском времену настају када се масивне звезде подвргну гравитацијском колапсу на крају свог живота. Упркос деценијама проучавања и запажања, још увек имамо много тога о чему се не говори.
На пример, научници су и даље углавном у мраку о томе како се материја која падне у орбиту око црне рупе и постепено се храни на њу (акрециони дискови). Захваљујући недавној студији, у којој је међународни тим истраживача спровео до сада детаљније симулације црне рупе, бројна теоријска предвиђања у вези са акреционим дисковима коначно су потврђена.
Тим су чинили рачунски астрофизичари са Института за астрономију Универзитета у Амстердаму Антона Паннекоека, Центра за интердисциплинарна истраживања и астрофизику Универзитета северозападног Универзитета (ЦИЕРА) и Универзитета у Оксфорду. Њихова открића истраживања појавила су се у издању часописа од 5. јуна Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва.
Међу њиховим налазима, тим је потврдио теорију коју су првобитно 1975. изнели Јамес Бардеен и Јацобус Петтерсон, а која је постала позната као ефект Бардеен-Петтерсон. У складу са овом теоријом, тим је открио да ће, док спољна област диска за насипање остаје нагнут, унутрашња регија диска поравнати се са екватром његове црне рупе.
Једноставно речено, готово све што истраживачи знају о црним рупама научили смо проучавањем акреционих дискова. Без ових светлих прстенова гаса и прашине, мало је вероватно да би научници успели да пронађу црне рупе. Шта више, раст и брзина ротације црне рупе такође зависе од њеног акреционог диска, што их чини важним за разумевање еволуције и понашања црних рупа.
Као Александар Чеховски, ан
Откако су Бардеен и Петтерсон предложили своју теорију, симулације црних рупа претрпеле су низ проблема који су их спречили да одлуче да ли се ово поравнавање дешава. Пре свега, када се дискови за акрецију приближавају догађају Хоризон, они убрзавају до огромне брзине и крећу се кроз искривљена подручја свемирског времена.
Друго питање које додатно комплицира је чињеница да ротација црне рупе присиљава простор-вријеме да се врти око ње. Оба ова питања захтевају да астрофизичари воде рачуна о ефектима опште релативности, али остаје питање магнетне турбуленције. Ова турбуленција узрокује да се честице диска држе заједно у кружном облику и
До сада астрофизичари нису имали рачунарску снагу да објасне све то. Да би развили робустан код који би могао да извршава симулације које су рачунале на ГР и магнетну турбуленцију, тим је развио код базиран на графичким процесорским јединицама (ГПУ). У поређењу са конвенционалним централним процесорским јединицама (ЦПУ-и), ГПУ-и су много ефикаснији у обради слике и алгоритму за рачунање који обрађују велике количине података.
Тим је такође уградио методу која се зове адаптивно оплемењивање мрежице, која штеди енергију фокусирањем само на одређене блокове где се кретање догађа и прилагођава се у складу с тим. Да би илустровао разлику, Тцхекховскои је упоредио ГПУ-ове и
„Рецимо да се морате уселити у нови стан. Морат ћете направити пуно путовања с овим моћним Ферраријем јер неће стати у многе кутије. Али ако бисте могли да ставите једну кутију на сваког коња, могли бисте да померите све у једном потезу. То је ГПУ. Има пуно елемената, од којих је сваки спорији од оних у ЦПУ-у, али таквих је много. "
На крају, али не најмање битно, тим је извео своју симулацију помоћу рачунара Блуе Ватерс у Националном центру за суперкомпјутерске апликације (НЦСА) на Универзитету у Илиноису у Урбана-Цхампаигн. Оно што су открили је да ће се, иако се спољна област диска може поплочати, унутрашња област поравнати с екватором црне рупе и глатки темељ ће их повезати.
Осим што је омогућило затварање дугогодишње расправе о црним рупама и њиховим дисковима за избацивање, ова студија показује и да је астрофизика далеко напредовала још од дана Бардеена и Петтерсона. Као што је Маттхев Лиска, истраживач сумирао:
„Ове симулације не само да решавају проблем стар 40 година, већ су показале да је, насупрот типичном размишљању, могуће симулирати најсветлеће дискове за акумулацију у пуној општој релативности. То ће отворити пут за следећу генерацију симулација, за које се надам да ће решити још важније проблеме око дискова са светлом акумулацијом. "
Тим је решио дугогодишњу мистерију Бардеен-Петтерсон ефекта разређивањем акректорског диска до невиђеног степена и узимањем у обзир магнетизоване турбуленције због које се диск накупља. Претходне симулације су значајно поједноставиле само приближавањем ефеката турбуленције.
Штавише, претходне симулације су радиле са разређеним дисковима са минималним односом висине и радијуса од 0,05, док су се најзанимљивији ефекти које су видели Чеховски и његови колеге догодили након што је диск стављен на 0,03. На своје изненађење, тим је открио да чак и уз невероватно танке дискове за вратање, црна рупа и даље емитује млазнице честица и зрачења брзином светлости (ака. Релативистички млазови).
Као што је објаснио Чеховски, ово је био прилично неочекиван налаз:
„Нико није очекивао да ће ови дискови бити произведени на овим малим дебљинама. Људи су очекивали да ће магнетна поља која производе ове млазове само пробити кроз ове заиста танке дискове. Али ту су. А то нам заправо помаже да разрешимо мистерије посматрања. "
Са свим недавним налазима које су астрофизичари направили у вези са црним рупама и дисковима за акрецију, могли бисте рећи да живимо у другом „Златном добу релативности“. И не би било претерано рећи да би научна исплата свих ових истраживања могла бити огромна. Разумевајући како се материја понаша у најекстремнијим условима, све смо ближи учењу како се темељне силе Универзума стапају.
