Mustat aukot ovat olleet loputon kiehtomislähde aina siitä lähtien, kun Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian teoria ennustaa niiden olemassaolon. Viimeisten 100 vuoden aikana mustien reikien tutkiminen on edennyt huomattavasti, mutta näiden esineiden pelko ja mysteeri ovat edelleen olemassa. Esimerkiksi tutkijat ovat huomauttaneet, että joissain tapauksissa mustissa aukkoissa on massiivisia ladattujen hiukkasten suihkuja, jotka ulottuvat miljoonien valovuosien ajan.
Nämä "relativistiset suihkut" - niin kutsutut, koska ne ajavat varautuneita hiukkasia murto-osan valon nopeudesta - ovat hämmentäneet tähtitieteilijöitä vuosia. Mutta kansainvälisen tutkijaryhmän äskettäin tekemän tutkimuksen ansiosta näihin suihkukoneisiin on saatu uutta tietoa. Yhdenmukaisesti yleisen suhteellisuussuhteen kanssa tutkijat osoittivat, että nämä suihkut etenevät asteittain (ts. Muuttavat suuntaa) seurauksena siitä, että avaruus-aika vedetään mustan aukon kiertoon.
Heidän tutkimuksensa, jonka otsikko on "Suuttimien muodostaminen kallistettujen mustien reikien avulla 3D-yleisrelativistisissa MHD-simulaatioissa", ilmestyi äskettäin Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta. Ryhmä koostui Luoteis-yliopiston Astrofysiikan tutkimuksen ja tutkimuksen keskuksen (CIERA) jäsenistä.
Tutkimuksensa vuoksi ryhmä toteutti simulaatioita Blue Waters -supertietokoneella Illinoisin yliopistossa. Heidän suorittamansa simulaatiot olivat ensimmäisiä, joissa mallinnettiin supermassiivisista mustista reiistä (SMBH) tulevien relativististen suihkukoneiden käyttäytymistä. Lähes miljardin laskennallisen solun kanssa se oli myös kaikkien aikojen korkeimman resoluution simulointi korjaavalle mustalle aukolle.
Kuten Luoteis-Weinbergin taiteen ja tieteen korkeakoulun fysiikan ja tähtitieteen apulaisprofessori Alexander Tchekhovskoy selitti äskettäisessä Northwestern Now -lehdistötiedotteessa:
”Ymmärtäminen, kuinka pyörivät mustat aukot vetävät avaruus-aikaa niiden ympärille ja miten tämä prosessi vaikuttaa siihen, mitä näemme teleskooppien läpi, on edelleen tärkeä, vaikeasti murtattava palapeli. Onneksi läpimurtot koodikehityksessä ja supertietokonearkkitehtuurin harppaukset tuovat meidät yhä lähemmäksi vastausten löytämistä. "
Kuten kaikki supermassiiviset mustat reiät, nopeasti pyörivät SMBH: t säännöllisesti imevät (eli akateettinen) aineen. Nopeasti pyörivät mustat aukot tunnetaan kuitenkin myös tavasta, jolla ne lähettävät energiaa relativististen suihkumuotojen muodossa. Asia, joka syöttää näitä mustia reikiä, muodostaa pyörivän levyn niiden ympärille - eli. lisäyslevy - jolle on tunnusomaista kuuma, jännitteinen kaasu ja magneettikenttä.
Näiden kenttäjohtojen läsnäolo sallii mustien reikien kuljettaa energiaa näiden suihkujen muodossa. Koska nämä suihkut ovat niin suuria, niitä on helpompi tutkia kuin itse mustia reikiä. Täten tähtitieteilijät kykenevät ymmärtämään kuinka nopeasti näiden suihkujen suunta muuttuu, mikä paljastaa itse mustien reikien kiertoasiat - kuten pyörivien kiekkojen suunta ja koko.
Kehittyneet atk-simulaatiot ovat välttämättömiä mustien reikien tutkimiseksi, pääasiassa siksi, että niitä ei voida havaita näkyvässä valossa ja ne ovat yleensä kaukana. Esimerkiksi lähimpänä SMBH: ta maapallolle on Jousimies A *, joka sijaitsee noin 26 000 valovuoden päässä galaksin keskipisteestä. Sinänsä simulaatiot ovat ainoa tapa määrittää, kuinka erittäin monimutkainen järjestelmä, kuten musta aukko, toimii.
Aikaisemmissa simulaatioissa tutkijat toimivat olettaen, että mustien reikien levyt olivat kohdistettuina. Useimmissa SMBH: issa on kuitenkin todettu olevan kallistettuja levyjä - ts. Kiekot pyörivät erillisen akselin ympäri kuin itse musta reikä. Tämä tutkimus oli siksi vakava siinä mielessä, että se osoitti kuinka levyt voivat muuttaa suuntaa suhteessa mustaan reikäänsä, mikä johtaa esisuihkussuihkuihin, jotka muuttavat määräajoin suuntaansa.
Tämä oli aikaisemmin tuntematon, koska uskomattoman paljon laskentatehoa tarvitaan nopeasti kehruvan mustan aukon ympäröivän alueen 3D-simulaatioiden rakentamiseksi. Kansallinen tiedesäätiö (NSF) -apurahan avulla ryhmä pystyi saavuttamaan tämän käyttämällä Blue Watersia, joka on yksi maailman suurimmista supertietokoneista.
Tällä supertietokoneella, joka oli heidän käytettävissään, joukkue pystyi rakentamaan ensimmäisen mustan aukon simulointikoodin, jota he kiihdyttivät käyttämällä graafisia prosessointiyksiköitä (GPU). Tämän yhdistelmän ansiosta joukkue pystyi suorittamaan simulaatioita, joilla oli kaikkien aikojen korkein resoluutioaste - ts. Lähelle miljardia laskennallista solua. Kuten Tchekhovskoy selitti:
”Korkean resoluution ansiosta voimme ensimmäistä kertaa varmistaa, että pienimuotoiset turbulenssit levyliikkeet otetaan oikein mallillemme. Yllätykseemme nämä liikkeet osoittautuivat niin voimakkaita, että ne aiheuttivat levyn lihotuksen ja levyn preesessin pysähtymisen. Tämä viittaa siihen, että ennaltaehkäisy voi tapahtua purskeina. ”
Relativististen suihkukoneiden precessa voisi selittää sen, miksi aikaisemmin on havaittu valon heilahteluita, jotka tulevat mustien reikien ympäriltä - joita kutsutaan kvasijaksoisiksi värähtelyiksi (QPO). Nämä palkit, jotka Michiel van der Klis (yksi tutkimuksen yhdessä kirjoittajista) ensin löysi, toimivat suunnilleen samalla tavalla kuin kvaasarin palkit, joilla näyttää olevan stroboiva vaikutus.
Tämä tutkimus on yksi monista, jota tehdään pyörivillä mustilla reikillä ympäri maailmaa ja jonka tarkoituksena on saada parempi käsitys viimeaikaisista löytöistä, kuten painovoima-aalloista, jotka johtuvat mustien reikien sulautumisesta. Näitä tutkimuksia sovelletaan myös havaintoihin Event Horizon-teleskoopista, joka otti ensimmäiset kuvat Jousimiehen A * varjosta. Se, mitä he paljastavat, herättää ja hämmästyttää ja syventää mustien reikien mysteeriä.
Viime vuosisadalla mustien reikien tutkimus on edennyt huomattavasti - puhtaasti teoreettisista tutkimuksista epäsuoriin tutkimuksiin niiden vaikutuksista ympäröivään aineeseen, itse gravitaatioaaltojen tutkimukseen. Ehkäpä jonain päivänä voimme tosiasiallisesti tutkia heitä suoraan (tai jos ei ole tarpeeksi toivoa) vertaistukea suoraan heidän sisälle!
