Црне рупе биле су бескрајан извор фасцинације још од времена када је Ајнштајнова теорија опште релативности предвиђала њихово постојање. У посљедњих 100 година, истраживање црних рупа знатно је напредовало, али страхопоштовање и мистериозност ових предмета остаје. На пример, научници су приметили да у неким случајевима у црним рупама постоје огромни млазови наелектрисаних честица које се протежу милионима светлосних година.
Ти „релативистички млазови“ - тако названи зато што покрећу наелектрисане честице брзином дејства брзином светлости - годинама су збуњивали астрономе. Али захваљујући недавној студији коју је спровео међународни тим истраживача, нови је увид у ове млазове. У складу са опћом релативношћу, истраживачи су показали да се ови млазови постепено процесирају (тј. Мењају смер), што је резултат да се простор-време одвуче у ротацију црне рупе.
Њихова студија под називом „Формирање прерадјивања млазница нагнутим црним рупама у 3Д опћим релативистичким МХД симулацијама“ недавно се појавила у часопису Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва. Тим се састојао од чланова Центра за интердисциплинарно истраживање и истраживање астрофизике (ЦИЕРА) на Универзитету Северозапад.
Ради своје студије, тим је спровео симулације помоћу суперкомпјутера Блуе Ватерс на Универзитету у Илиноису. Симулације које су спровеле биле су прве које су икада моделирале понашање релативистичких млазница које долазе из Супермасивних црних рупа (СМБХ). Са близу милијарду рачунских ћелија, то је уједно била и симулација највеће резолуције црне рупе која је икада постигнута.
Као што је Александер Чеховскиј, доцент физике и астрономије на Веинберговом колеџу за науку и науку северозапада, објаснио у недавном саопштењу за штампу Северозападног Сада:
„Разумевање како ротирајуће црне рупе вуку простор-време око њих и како овај процес утиче на оно што видимо кроз телескопе и даље је пресудна, тешко пукотина. Срећом, пробој у развоју кода и скокови у архитектури суперрачунара све нас приближавају проналажењу одговора. "
Као и све Супермасивне црне рупе, СМБ-ји који се брзо окрећу редовно захватају (ака. Аццрете) материју. Међутим, брзо цртајуће црне рупе познате су и по начину на који емитују енергију у облику релативистичких млазева. Материја која храни ове црне рупе формира ротирајући диск око њих - ака. акрецијски диск - који се одликује врућим, напајаним гасом и магнетним линијама.
Присуство ових линија поља омогућава црним рупама да покрећу енергију у облику ових млазница. Како су ови млазови толико велики да их је лакше проучити него саме црне рупе. Радећи то, астрономи су у стању да схвате како се брзо мења правац ових млазница, што открива ствари око ротације самих црних рупа - попут оријентације и величине њихових окретних дискова.
Напредне компјутерске симулације неопходне су када је у питању истраживање црних рупа, углавном зато што се не могу видети у видљивој светлости и обично су врло далеко. На пример, најближи СМБХ Земљи је Стрелац А *, који се налази око 26 000 светлосних година у центру наше галаксије. Као такве, симулације су једини начин да се утврди како функционише веома сложен систем попут црне рупе.
У претходним симулацијама научници су радили под претпоставком да су дискови са црном рупом поравнати. Међутим, за већину СМБХ-а откривено је да имају нагнуте дискове - тј. Дискови се ротирају око засебне осе него сама црна рупа. Ова је студија стога била основна јер је показала како дискови могу мењати смер у односу на своју црну рупу, што доводи до прецесирајућих млазева који периодично мењају смер.
То је раније било непознато због невероватне количине рачунарске снаге која је потребна за конструкцију 3-Д симулација региона који окружује брзо вртећу се црну рупу. Уз подршку донације Националне научне фондације (НСФ), тим је успео да то постигне коришћењем Плавих вода, једног од највећих суперрачунара на свету.
Помоћу овог суперрачунара који је имао на располагању тим је успео да конструише први симулациони код црне рупе, који су убрзали користећи графичке процесорске јединице (ГПУ). Захваљујући овој комбинацији, тим је био у стању да изврши симулације које су имале највиши степен резолуције икада постигнут - тј. Близу милијарду рачунских ћелија. Као што је објаснио Чеховски:
„Висока резолуција нам је омогућила, по први пут, да осигурамо да прецизно заробљени покрети малих дискова у нашим моделима. На наше изненађење, ови покрети су се показали толико јаким да су диск нагомилали и зауставила се прецесија диска. Ово сугерише да се прецесија може догодити рафалом. "
Прецесија релативистичких млазева могла би објаснити зашто су у прошлости уочене флуктуације светлости које потичу из црних рупа - које су познате и као квазипериодичне осцилације (КПО). Ове греде, које је први открио Мицхиел ван дер Клис (један од коаутора студије), функционишу на исти начин као и квазарске греде, за које се чини да имају ефекат стробе.
Ова студија једна је од многих која се проводи на ротирању црних рупа широм света, чија је сврха стећи боље разумевање о недавним открићима попут гравитационих таласа, насталих спајањем црних рупа. Ове студије се такође примењују на осматрања телескопа телескопа Хоризон, који је снимио прве слике сенке Стрелца А *. Оно што ће они открити је сигурно да ће узбудити и задивити, а потенцијално продубити мистерију црних рупа.
У прошлом веку, истраживање црних рупа знатно је напредовало - од чисто теоријских, до индиректних студија утицаја које имају на околну материју, до самог проучавања гравитационих таласа. Можда бисмо једног дана могли да их директно проучимо или (ако се не треба превише надати) завирити директно у њих!
