Nuo to laiko, kai Einsteino bendrojo reliatyvumo teorija numatė jų egzistavimą, juodosios skylės buvo begalinis susižavėjimo šaltinis. Per pastaruosius 100 metų juodųjų skylių tyrimas smarkiai pasistūmėjo į priekį, tačiau šių objektų baimė ir paslaptis išlieka. Pavyzdžiui, mokslininkai pastebėjo, kad kai kuriais atvejais juodosiose skylėse yra milžiniški šviesos metai, iš kurių sklinda didžiulės įkrovusių dalelių srovės.
Šie „reliatyvistiniai purkštukai“, vadinami tuo, kad juda dalelėmis šviesos greičio įkrautas daleles, metų metus glumino astronomus. Tačiau neseniai tarptautinės tyrėjų komandos atlikto tyrimo dėka buvo gauta nauja įžvalga apie šiuos lėktuvus. Laikydamiesi bendrojo reliatyvumo, tyrėjai parodė, kad šie purkštukai palaipsniui veikia (t. Y. Keičia kryptį), nes erdvės laikas yra traukiamas į juodosios skylės sukimąsi.
Jų tyrimas pavadinimu „Paslėptų juodųjų skylių diskų formavimas atliekant 3D bendrosios reliatyvistinės MHD modeliavimą“ neseniai pasirodė Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai. Komandą sudarė Šiaurės Vakarų universiteto Astrofizikos tarpdisciplininių tyrinėjimų ir tyrimų centro (CIERA) nariai.
Tyrimo tikslais komanda atliko modeliavimą, naudodama „Blue Waters“ superkompiuterį Ilinojaus universitete. Jų atlikti modeliavimai buvo pirmieji, modeliuojantys relativistinių purkštukų, gaunamų iš „Supermassive Black Holes“ (SMBH), elgesį. Turėdamas beveik milijardą skaičiavimo elementų, tai taip pat buvo aukščiausia skiriamąja geba imituojanti juodoji skylė.
Kaip neseniai naujausiame „Northwestern Now“ pranešime spaudai paaiškino Aleksandras Čehovskojus, fizikos ir astronomijos profesorius, Šiaurės Vakarų Vakarų Weinbergo menų ir mokslų kolegija,:
„Supratimas, kaip besisukančios juodosios skylės tempia erdvės laiką aplink jas ir kaip šis procesas veikia tai, ką mes matome per teleskopus, išlieka esminis, sunkiai įtrūkstamas galvosūkis. Laimei, kodų kūrimo proveržiai ir superkompiuterių architektūros šuoliai priartina mus prie atsakymų. “
Panašiai kaip ir visos supermasyviosios juodosios skylės, greitai besisukantys SMBH reguliariai sugeria (dar vadinasi. Akretinėmis) medžiagomis. Tačiau greitai besisukančios juodosios skylės yra žinomos ir dėl to, kaip jos skleidžia energiją relativistinių purkštukų pavidalu. Medžiaga, kuri maitina šias juodąsias skylutes, aplink jas sukasi diską - dar žinomą. sukaupimo diskas, kuriam būdingos karštos, energiją gaunančios dujų ir magnetinio lauko linijos.
Būtent šios lauko linijos leidžia juodosioms skylėms išstumti energiją šių purkštukų pavidalu. Kadangi šie purkštukai yra tokie dideli, juos lengviau ištirti nei pačias juodąsias skylutes. Tai darydami, astronomai sugeba suprasti, kaip greitai keičiasi šių purkštukų kryptis, o tai atskleidžia dalykus apie pačių juodųjų skylių sukimąsi - pavyzdžiui, jų besisukančių diskų orientaciją ir dydį.
Išplėstinis kompiuterinis modeliavimas yra būtinas tiriant juodąsias skyles, daugiausia dėl to, kad jų negalima pastebėti matomoje šviesoje ir paprastai jie yra labai toli. Pavyzdžiui, arčiausias žemėje SMBH yra Šaulys A *, esantis maždaug 26 000 šviesmečių atstumu nuo mūsų galaktikos centro. Taigi modeliavimas yra vienintelis būdas nustatyti, kaip veikia tokia sudėtinga sistema kaip juodoji skylė.
Ankstesniuose modeliavimuose mokslininkai veikė remdamiesi prielaida, kad juodųjų skylių diskai buvo suderinti. Vis dėlto nustatyta, kad daugumoje SMBH diskų yra pasvirę, ty diskai sukasi aplink atskirą ašį nei pati juodoji skylė. Taigi šis tyrimas buvo sudėtingas tuo, kad jis parodė, kaip diskai gali pakeisti kryptį, palyginti su juodąja skyle, todėl atsirado purkštukai, kurie periodiškai keičia jų kryptį.
Anksčiau tai nebuvo žinoma dėl neįtikėtinai daug skaičiavimo galios, reikalingos greitai sukančią juodąją skylę supančio regiono 3D modeliavimui sukurti. Remdama Nacionalinio mokslo fondo (NSF) dotaciją, komanda sugebėjo tai pasiekti pasitelkdama „Blue Waters“ - vieną didžiausių superkompiuterių pasaulyje.
Turėdama šį superkompiuterį, komanda sugebėjo sukonstruoti pirmąjį juodosios skylės modeliavimo kodą, kurį jie paspartino naudodamiesi grafinio apdorojimo įrenginiais (GPU). Šio derinio dėka komanda sugebėjo atlikti modeliavimą, kuris turėjo aukščiausią bet kada pasiektą skiriamąjį gebą - t.y. arti milijardo skaičiavimo elementų. Kaip paaiškino Tchekhovskoy:
„Didelė skiriamoji geba mums pirmą kartą leido užtikrinti, kad mūsų modeliuose būtų tiksliai užfiksuoti nedidelio masto turbulentiniai diskai. Mūsų nuostabai, šie judesiai pasirodė tokie stiprūs, kad jie privertė diską penėti ir nutraukti disko prielaidą. Tai rodo, kad precesija gali įvykti sulaužyta “.
Reliatyvistinių purkštukų pirmtakas galėtų paaiškinti, kodėl praeityje buvo pastebėti šviesos svyravimai, kilę iš juodųjų skylių - vadinamų kvazperiodiniais virpesiais (QPO). Šios sijos, kurias pirmą kartą atrado Michielis van der Klisas (vienas iš tyrimo bendraautorių), veikia panašiai kaip kvazaro pluoštai, kurie, atrodo, turi strobinantį efektą.
Šis tyrimas yra vienas iš daugelio, atliekamų besisukančiose juodosiose skylėse visame pasaulyje, kurio tikslas yra geriau suprasti apie naujausius atradimus, pavyzdžiui, gravitacines bangas, kurias sukelia juodųjų skylių susiliejimas. Šie tyrimai taip pat taikomi stebint iš „Event Horizon“ teleskopo, kuriame užfiksuoti pirmieji Šaulio A * šešėlio vaizdai. Tai, ką jie atskleis, tikrai sujaudins ir nustebins bei galbūt pagilins juodųjų skylių paslaptį.
Praėjusiame amžiuje juodųjų skylių tyrimas labai pažengė į priekį - pradedant grynai teoriniu ir netiesioginiu jų poveikio aplinkinei medžiagai tyrimais, baigiant pačių gravitacinių bangų tyrimais. Galbūt vieną dieną mes galbūt galėsime mokytis jų tiesiogiai arba (jei to nėra per daug tikėtis) kolegų tiesiogiai jų viduje!
