Črne luknje so bile neskončen vir fascinacije vse odkar je Einsteinova teorija splošne relativnosti napovedovala njihov obstoj. V zadnjih 100 letih je preučevanje črnih lukenj precej napredovalo, a strahospoštovanje in skrivnost teh predmetov ostajata. Znanstveniki so na primer ugotovili, da imajo črne luknje v njih ogromne curke nabitih delcev, ki segajo v milijone svetlobnih let.
Ti "relativistični curki" - tako imenovani, ker poganjajo nabito delce s delcem svetlobne hitrosti - že leta zmedejo astronome. Toda zahvaljujoč nedavni raziskavi, ki jo je izvedla mednarodna skupina raziskovalcev, smo v te letale pridobili nov vpogled. V skladu s splošno relativnostjo so raziskovalci pokazali, da ti curki postopoma prerastejo (tj. Spreminjajo smer), kar je posledica, da se vesolje-čas vleče v vrtenje črne luknje.
Njihova študija z naslovom "Oblikovanje predhodnih curkov z nagnjenimi črnimi luknjami v 3D splošnih relativističnih MHD simulacijah" se je nedavno pojavila v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society. Skupino so sestavljali člani Centra za interdisciplinarno raziskovanje in raziskave astrofizike (CIERA) na severozahodni univerzi.
Zaradi študije je skupina izvedla simulacije s pomočjo superračunalnika Blue Waters na Univerzi v Illinoisu. Simulacije, ki so jih izvedli, so bile prvič modeliranje vedenja relativističnih letal, ki prihajajo iz supermasičnih črnih lukenj (SMBH). Z skoraj milijardo računskih celic je bila to tudi simulacija visoke črne luknje, ki je bila kdaj dosežena.
Kot je v nedavnem sporočilu za javnost Northwestern Now pojasnil Alexander Tchekhovskoy, docent za fiziko in astronomijo na Weinbergovi Visoki šoli za umetnost in znanost v Weinbergu:
»Razumevanje, kako vrteče se črne luknje vlečejo prostor-čas okrog njih in kako ta postopek vpliva na to, kar vidimo skozi teleskope, ostaja ključna in težko razbiti uganka. Na srečo nas prodori v razvoju kode in preskoki v arhitekturi superračunalnikov vse bolj približajo iskanju odgovorov. "
Tako kot vse Supermasivne črne luknje se hitro vrtijo SMBH-ji, ki redno zajamejo (aka. Accrete) zadevo. Vendar se hitro vrteče črne luknje poznajo tudi po načinu, kako oddajajo energijo v obliki relativističnih curkov. Materija, ki napaja te črne luknje, tvori okoli njih vrteči se disk - aka. ekskrecijski disk - za katerega so značilne vroče, energijsko napeljane pline in magnetno polje.
Prav prisotnost teh poljskih vodov omogoča črnim luknjam, da v obliki teh curkov poganjajo energijo. Ker so ti curki tako veliki, jih je lažje preučiti kot črne luknje same. Pri tem astronomi lahko razumejo, kako hitro se spreminja smer teh curkov, kar razkriva stvari glede vrtenja samih črnih lukenj - na primer orientacija in velikost njihovih vrtečih se diskov.
Napredne računalniške simulacije so potrebne pri preučevanju črnih lukenj, predvsem zato, ker jih ni mogoče opaziti pri vidni svetlobi in so običajno zelo daleč. Na primer, najbližji SMBH Zemlji je Strelec A *, ki se nahaja približno 26.000 svetlobnih let v središču naše galaksije. Tako so simulacije edini način za določitev delovanja tako zapletenega sistema, kot je črna luknja.
V prejšnjih simulacijah so znanstveniki delovali pod domnevo, da so diski s črno luknjo poravnani. Vendar je bilo ugotovljeno, da ima večina SMBH nagnjene diske - tj. Diski se vrtijo okoli ločene osi kot črna luknja. Ta študija je bila torej osnovna, saj je pokazala, kako lahko diski spremenijo smer glede na svojo črno luknjo, kar vodi do predhodnih curkov, ki občasno spreminjajo svojo smer.
To je bilo prej neznano zaradi neverjetne količine računalniške moči, ki je potrebna za izdelavo 3-D simulacij območja, ki obdaja črno luknjo, ki se hitro vrti. Skupina je s podporo štipendije Nacionalne znanstvene fundacije (NSF) to dosegla z modrimi vodami, enim največjih superračunalnikov na svetu.
S tem superračunalnikom, ki jim je bil na voljo, je ekipa lahko konstruirala prvo simulacijsko kodo črne luknje, ki so jo pospešili z uporabo grafičnih procesorskih enot (GPU). Zahvaljujoč tej kombinaciji je bilo ekipi mogoče izvesti simulacije, ki so dosegle najvišjo raven ločljivosti, kar jih je bilo kdaj - tj. Blizu milijardo računskih celic. Kot je pojasnil Češkovski:
»Visoka ločljivost nam je prvič omogočila, da smo v naših modelih natančno zajeli majhne turbulentne gibe diskov. Na naše presenečenje so se ti predlogi izkazali za tako močne, da so se disk zgostili in disk se je ustavil. To kaže na to, da se lahko zgodi, da se lahko zgodi precesija. "
Predcesija relativističnih curkov bi lahko pojasnila, zakaj so v preteklosti opazili nihanja svetlobe iz črnih lukenj, ki so znana kot kvaziperiodična nihanja (QPO). Ti prameni, ki jih je prvi odkril Michiel van der Klis (eden od soavtorjev študije), delujejo na podoben način kot kvazarski snopi, za katere se zdi, da imajo učinke strmoglavljenja.
Ta študija je ena izmed mnogih, ki se izvajajo na vrtečih se črnih luknjah po svetu, katerih namen je boljše razumevanje nedavnih odkritij, kot so gravitacijski valovi, ki nastanejo zaradi združitve črnih lukenj. Te študije se uporabljajo tudi pri opazovanjih teleskopa Event Horizon, ki je zajel prve slike sence Strelca A *. Kar bodo razkrili, bo zagotovo navdušilo in presenetilo ter potencialno poglobilo skrivnost črnih lukenj.
V preteklem stoletju je preučevanje črnih lukenj precej napredovalo - od čisto teoretičnih, do posrednih študij učinkov, ki jih imajo na okoliško snov, do študija samih gravitacijskih valov. Morda bi jih nekega dne dejansko lahko neposredno preučili ali (če se ne bi preveč nadejali) pokukali neposredno v njih!
