Kopš Einšteina vispārējās relativitātes teorijas to pastāvēšana ir bijusi melno caurumu aizraušanās avots. Pēdējo 100 gadu laikā melno caurumu izpēte ir ievērojami progresējusi, taču šo priekšmetu bažas un noslēpumi paliek. Piemēram, zinātnieki ir atzīmējuši, ka dažos gadījumos melnajos caurumos ir milzīgas uzlādētu daļiņu strūklas, kas iziet miljoniem gaismas gadu.
Šīs “relativistiskās sprauslas” - tā dēvētās tāpēc, ka tās dzen lādētas daļiņas ar nelielu daļu no gaismas ātruma - gadiem ilgi ir mulsinājušas astronomus. Bet, pateicoties nesenam pētījumam, kuru veica starptautiska pētnieku komanda, ir gūts jauns ieskats šajās reaktīvās lidmašīnās. Saskaņā ar vispārējo relativitāti pētnieki parādīja, ka šīs strūklas pakāpeniski sāk darboties (t.i., mainīt virzienu), jo telpas laiks tiek ievilkts melnā cauruma rotācijā.
Viņu pētījums ar nosaukumu “Sagatavotu melno caurumu disku veidošana priekšgaisa sprauslām 3D vispārējās relativistiskās MHD simulācijās” nesen parādījās Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumi. Komandu veidoja locekļi no Ziemeļrietumu universitātes Starpdisciplinārās izpētes un pētījumu astrofizikas centra (CIERA).
Pētījuma dēļ komanda veica simulācijas, izmantojot Ilinoisas Universitātes superdatoru Blue Waters. Viņu veiktās simulācijas bija pirmās, kas modelēja relativistisko strūklu izturēšanos, kas nāk no supermasīvajiem melnajiem caurumiem (SMBH). Ar gandrīz miljardu skaitļošanas šūnu, tā bija arī visu laiku sasniegtā akreditējošā melnā cauruma augstākās izšķirtspējas simulācija.
Kā nesenajā Ziemeļrietumu tagadnes preses paziņojumā skaidroja Aleksandrs Čehovskojs, fizikas un astronomijas profesora asistents Ziemeļrietumu Veinbergas Mākslas un zinātnes koledžā:
“Izpratne par to, kā rotējošie melnie caurumi velk telpas laiku apkārt, un kā šis process ietekmē to, ko mēs redzam caur teleskopiem, joprojām ir būtiska, grūti sagraujama mīkla. Par laimi, atklājumi koda izstrādē un lēcieni superdatoru arhitektūrā mūs arvien tuvina atbilžu atrašanai. ”
Līdzīgi kā visi supermasīvie melnie caurumi, ātri rotējošie SMBH regulāri absorbē (arī aka). Tomēr strauji rotējošie melnie caurumi ir pazīstami arī ar to, kā tie izstaro enerģiju relativistisko sprauslu veidā. Lieta, kas baro šos melnos caurumus, ap tiem veido rotējošu disku - aka. akrecijas disks - ko raksturo karstas, barotas gāzes un magnētiskā lauka līnijas.
Tieši šo lauka līniju klātbūtne ļauj melnajiem caurumiem virzīt enerģiju šo strūklu veidā. Tā kā šīs sprauslas ir tik lielas, tās ir vieglāk izpētīt nekā pašas melnās atveres. To darot, astronomi spēj saprast, cik ātri mainās šo sprauslu virziens, kas atklāj lietas par pašu melno caurumu pagriešanos - piemēram, to rotējošo disku orientāciju un izmēru.
Uzlabotas datorsimulācijas ir vajadzīgas, kad tiek pētīti melnie caurumi, galvenokārt tāpēc, ka tie nav novērojami redzamā gaismā un parasti ir ļoti tālu. Piemēram, Zemei vistuvākais SMBH ir Strēlnieks A *, kas atrodas apmēram 26 000 gaismas gadu attālumā mūsu galaktikas centrā. Tādējādi simulācijas ir vienīgais veids, kā noteikt ļoti sarežģītas sistēmas, piemēram, melnā cauruma, darbību.
Iepriekšējās simulācijās zinātnieki darbojās, pieņemot, ka melno caurumu diski ir izlīdzināti. Tomēr lielākajai daļai SMBH disku ir noliekti diski - t.i., diski griežas ap atsevišķu asi nekā pats melnais caurums. Tādēļ šis pētījums bija ļoti nozīmīgs, jo tas parādīja, kā diski var mainīt virzienu attiecībā pret melno caurumu, izraisot sprauslas, kas periodiski maina to virzienu.
Tas iepriekš nebija zināms, jo neticami daudz skaitļošanas jaudas, kas nepieciešama, lai izveidotu trīsdimensiju simulācijas reģionam, kas apņem ātri strauji augošu melno caurumu. Ar Nacionālā zinātnes fonda (NSF) piešķīrumu komanda to varēja sasniegt, izmantojot Blue Waters, kas ir viens no lielākajiem superdatoriem pasaulē.
Izmantojot šo superdatoru, komanda varēja izveidot pirmo melnā cauruma simulācijas kodu, kuru viņi paātrināja, izmantojot grafiskās apstrādes vienības (GPU). Pateicoties šai kombinācijai, komanda spēja veikt simulācijas ar visaugstāko izšķirtspējas līmeni, kāds jebkad sasniegts - t.i., tuvu miljardam skaitļošanas šūnu. Kā skaidroja Čehovskojs:
“Augstā izšķirtspēja mums pirmo reizi ļāva nodrošināt, ka maza modeļa turbulentu disku kustības tiek precīzi notvertas mūsu modeļos. Mums par lielu pārsteigumu šie kustības izrādījās tik spēcīgas, ka izraisīja diska nobarošanu un diska precesijas pārtraukšanu. Tas liek domāt, ka precesija var notikt pārrāvumos. ”
Relatīvistu sprauslu precesija varētu izskaidrot, kāpēc pagātnē ir novērotas gaismas svārstības, kas rodas no melnajiem caurumiem - tos sauc par kvaziperiodiskām svārstībām (QPOs). Šīs sijas, kuras pirmo reizi atklāja Mičels van der Kliss (viens no pētījuma līdzautoriem), darbojas gandrīz tāpat kā kvazārā staru kūļi, kuriem šķietami ir šķielējošs efekts.
Šis pētījums ir viens no daudziem, kas tiek veikts ar rotējošiem melnajiem caurumiem visā pasaulē, kura mērķis ir iegūt labāku izpratni par nesenajiem atklājumiem, piemēram, gravitācijas viļņiem, kurus izraisa melno caurumu apvienošanās. Šie pētījumi tiek piemēroti arī novērojumiem no notikuma horizonta teleskopa, kurā tika uzņemti pirmie Strēlnieka A * ēnas attēli. Tas, ko viņi atklās, noteikti satrauks un izbrīns, un potenciāli padziļinās melno caurumu noslēpumu.
Pagājušajā gadsimtā melno caurumu izpēte ir ievērojami progresējusi - no tīri teorētiskiem līdz netiešiem pētījumiem par to ietekmi uz apkārtējo vielu, līdz pašiem gravitācijas viļņu pētījumiem. Varbūt kādu dienu mēs, iespējams, varēsim viņus izpētīt tieši (vai, ja par to nav daudz jācer), vienaudžus tieši viņu iekšienē!
