Juodosios skylės yra viena nuostabiausių ir paslaptingiausių jėgų Visatoje. Iš pradžių numatė Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija, šie erdvėlaikio taškai susiformuoja, kai masyvios žvaigždės gyvenimo pabaigoje patiria gravitacinę griūtį. Nepaisant dešimtmečius trukusių tyrimų ir stebėjimų, vis dar nieko nežinome apie šį reiškinį.
Pavyzdžiui, mokslininkai vis dar yra tamsoje apie tai, kaip elgiasi medžiaga, kuri patenka į orbitą aplink juodąją skylę ir pamažu į ją patenka (įbrėžimo diskai). Neseniai atlikto tyrimo, kuriame tarptautinė tyrėjų komanda atliko iki šiol išsamiausius juodosios skylės modeliavimus, metu buvo patvirtintos kelios teorinės prognozės dėl akrilinių diskų.
Komandą sudarė skaičiavimo astrofizikai iš Amsterdamo Antono Pannekoeko astronomijos instituto, Šiaurės Vakarų universiteto Astrofizikos tarpdisciplininių tyrinėjimų ir tyrimų centro (CIERA) bei Oksfordo universiteto. Jų tyrimų išvados pasirodė birželio 5 d. Numeryje Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai.
Tarp jų išvadų, komanda patvirtino teoriją, kurią iš pradžių 1975 m. Pateikė Jamesas Bardeenas ir Jacobusas Pettersonas, kuri buvo žinoma kaip Bardeeno-Pettersono efektas. Vadovaudamasi šia teorija, komanda nustatė, kad nors išorinis akcento disko regionas išliks pakreiptas, vidinis disko regionas sutaps su jo juodosios skylės pusiauju.
Paprasčiau tariant, beveik viskas, ką tyrėjai žino apie juodąsias skylutes, buvo išmokta tyrinėjant kirpimo diskus. Be šių ryškių dujų ir dulkių žiedų mažai tikėtina, kad mokslininkams pavyktų rasti juodąsias skyles. Be to, juodosios skylės augimas ir sukimosi greitis taip pat priklauso nuo jos kaupimosi disko, todėl jų tyrimas yra būtinas norint suprasti juodųjų skylių evoliuciją ir elgesį.
Kaip sakė Aleksandras Čehovskovas, an
Nuo to laiko, kai Bardeenas ir Pettersonas pasiūlė savo teoriją, juodųjų skylių modeliavimas patyrė daugybę problemų, kurios neleido jiems nustatyti, ar toks derinimas vyksta. Visų pirma, kai akcento diskai artėja prie „Event Horizon“, jie įsibėgėja iki milžiniško greičio ir juda per iškreiptus erdvėlaikio regionus.
Antras dalykas, dar labiau apsunkinantis, yra tai, kad juodosios skylės sukimas verčia erdvės laiką suktis aplink ją. Abu šie klausimai reikalauja, kad astrofizikai prisiimtų bendrosios reliatyvumo pasekmes, tačiau išlieka magnetinio turbulencijos klausimas. Dėl šios turbulencijos disko dalelės laikosi kartu apskritimo formos ir
Iki šiol astrofizikai neturėjo skaičiavimo galios visa tai atsiskaityti. Siekdama sukurti patikimą kodą, galintį atlikti GR ir magnetinio turbulencijos modeliavimą, komanda sukūrė kodą, pagrįstą grafiniais procesoriais (GPU). Palyginti su įprastais centriniais procesoriais (CPU), GPU yra daug efektyvesni vaizdo apdorojimo ir skaičiavimo algoritmuose, kurie apdoroja didelius duomenų srautus.
Komanda taip pat įtraukė metodą, vadinamą adaptyviu tinklo tobulinimu, kuris taupo energiją sutelkiant dėmesį tik į konkrečius blokus, kur vyksta judėjimas, ir atitinkamai prisitaiko. Norėdami parodyti skirtumą, Tchekhovskoy palygino GPU ir
Tarkime, kad jums reikia persikelti į naują butą. Turėsite daug kelionių su šiuo galingu „Ferrari“, nes jame nebus daug dėžių. Bet jei galėtumėte sudėti po vieną dėžę ant kiekvieno arklio, galėtumėte viską perkelti vienu kartu. Tai yra GPU. Jis turi daug elementų, kurių kiekvienas yra lėtesnis nei CPU, tačiau jų yra tiek daug. “
Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas - komanda atliko modeliavimą naudodamiesi „Blue Waters“ superkompiuteriais Ilinojaus universiteto „Urbana-Champaign“ Nacionaliniame superkompiuterių programų centre (NCSA). Jie nustatė, kad nors išorinis disko regionas gali būti plytelėmis, vidinis regionas bus suderintas su juodosios skylės pusiauju ir lygus metmenys juos sujungs.
Šis tyrimas parodė, kad astrofizika nuo Bardeeno ir Pettersono laikų pažengė toli gražu ne vien tik dėl ilgalaikių diskusijų apie juodąsias skyles ir jų kaupimo diskus. Kaip tyrėjas Mattas Liska apibendrino:
„Šie modeliavimai ne tik išsprendžia 40 metų senumo problemą, bet ir parodė, kad, priešingai nei įprasta galvoti, yra įmanoma imituoti labiausiai šviečiančius akordeoninius diskus per visą bendrąją reliatyvumą. Tai atveria kelią naujos kartos modeliavimui, kuris, tikiuosi, išspręs dar svarbesnes problemas, susijusias su šviečiančiais akcento diskais. “
Komanda išsprendė ilgametę Bardeen-Petterson efekto paslaptį, iki šiol neregėtu laipsniu sutrumpindama kirpimo diską ir atsižvelgdama į įmagnetintą turbulenciją, dėl kurios diskas susikaupia. Ankstesni modeliavimai padarė esminį supaprastinimą, tiesiog suderindami turbulencijos poveikį.
Be to, ankstesni modeliavimai buvo naudojami su supjaustytais diskais, kurių minimalus aukščio ir spindulio santykis buvo 0,05, tuo tarpu įdomiausi efektai, kuriuos žiūrėjo Tchehovskojus ir jo kolegos, įvyko po disko ploninimo iki 0,03. Jų nuostabai, komanda nustatė, kad net ir su neįtikėtinai plonais akordais, juodoji skylė vis tiek skleidžia dalelių ir radiacijos srautus tam tikru šviesos greičiu (dar vadinami relativistiniais purkštukais).
Kaip paaiškino Tchekhovskoy, tai buvo gana netikėtas radinys:
Niekas nesitikėjo, kad šie diskai gamins tokio mažo storio purkštukus. Žmonės tikėjosi, kad šiuos purkštukus sukuriantys magnetiniai laukai tiesiog prasisuks per šiuos tikrai plonus diskus. Bet ten jie yra. Ir tai iš tikrųjų padeda mums išspręsti stebėjimo paslaptis. “
Remdamiesi naujausiais astrofizikų pastebėjimais apie juodąsias skylutes ir jų kaupimo diskus, galite sakyti, kad mes gyvename antrame „Auksiniame reliatyvumo amžiuje“. Nebūtų perdėta sakyti, kad moksliniai visų šio tyrimo rezultatai gali būti didžiuliai. Suprasdami, kaip materija elgiasi pačiomis ekstremaliausiomis sąlygomis, mes vis labiau pažįstame, kaip pagrindinės Visatos jėgos dera tarpusavyje.
