Čierne diery boli nekonečným zdrojom fascinácie od doby, kedy Einsteinova teória všeobecnej relativity predpovedala ich existenciu. V posledných 100 rokoch sa štúdium čiernych dier značne pokročilo, ale úcta a tajomstvo týchto objektov ostáva. Vedci napríklad poznamenali, že v niektorých prípadoch z čiernych dier vychádzajú obrovské prúdy nabitých častíc, ktoré trvajú milióny svetelných rokov.
Tieto „relativistické trysky“ - tak pomenované, pretože poháňajú nabité častice pri zlomku rýchlosti svetla - rozprávali astronómov roky. Ale vďaka nedávnej štúdii, ktorú uskutočnil medzinárodný tím vedcov, sa do týchto prúdov získal nový pohľad. V súlade so všeobecnou relatívnosťou vedci ukázali, že tieto prúdy postupne prechádzajú (t. J. Menia smer) v dôsledku toho, že sa časopriestor vtiahne do rotácie čiernej diery.
Ich štúdia s názvom „Tvorba prefabrikovaných dýz naklonenými diskami s čiernymi dierami v 3D všeobecných relatívnych simuláciách MHD“ sa nedávno objavila v Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti, Tím sa skladal z členov Centra pre interdisciplinárny výskum a výskum v astrofyzike (CIERA) na Severozápadnej univerzite.
Kvôli štúdiu vykonal tím simulácie pomocou superpočítača Blue Waters na University of Illinois. Simulácie, ktoré vykonali, boli vôbec prvými modelmi správania sa relativistických prúdov pochádzajúcich zo Supermassive Black Holes (SMBH). S takmer miliardou výpočtových buniek to bola tiež simulácia najvyššieho rozlíšenia narastajúcej čiernej diery, aké sa kedy dosiahlo.
Ako uviedol Alexander Tchekhovskoy, odborný asistent fyziky a astronómie na Weinberg College of Northwestern's College of Arts and Sciences v nedávnej tlačovej správe Northwestern Now:
„Pochopenie toho, ako rotujúce čierne diery ťahajú časopriestor okolo nich a ako tento proces ovplyvňuje to, čo vidíme cez ďalekohľady, zostáva kľúčovou, ťažko prelomiteľnou hádankou. Našťastie, prielomy vo vývoji kódu a skoky v architektúre superpočítačov nás stále viac približujú k hľadaniu odpovedí. “
Rovnako ako všetky Supermasívne čierne diery, aj rýchlo sa točiace SMBH pravidelne pohlcujú (tzv. Konkrétne) hmoty. Rýchlo sa otáčajúce čierne diery sú však tiež známe tým, ako vyžarujú energiu vo forme relativistických prúdov. Látka, ktorá napája tieto čierne diery, vytvára okolo nich rotujúci disk - aka. akrečný disk - ktorý je charakterizovaný horúcimi, energizovanými plynovými a magnetickými siločiarami.
Práve prítomnosť týchto siločiar umožňuje čiernym dieram poháňať energiu vo forme týchto prúdov. Pretože tieto trysky sú také veľké, ľahšie sa študujú ako samotné čierne diery. Astronómovia tak dokážu pochopiť, ako rýchlo sa mení smer týchto prúdov, čo odhaľuje veci o rotácii samotných čiernych dier - ako je orientácia a veľkosť ich rotujúcich diskov.
Pokiaľ ide o štúdium čiernych dier, sú potrebné pokročilé počítačové simulácie, a to zväčša preto, že nie sú pozorovateľné vo viditeľnom svetle a sú zvyčajne veľmi ďaleko. Napríklad najbližšou SMBH k Zemi je Strelec A *, ktorý je vzdialený asi 26 000 svetelných rokov v strede našej galaxie. Simulácie sú preto jediným spôsobom, ako zistiť, ako funguje vysoko komplexný systém, ako je napríklad čierna diera.
V predchádzajúcich simuláciách vedci pracovali za predpokladu, že disky čiernych dier boli zarovnané. Zistilo sa však, že väčšina SMBH má naklonené disky - t. J. Disky sa otáčajú okolo samostatnej osi ako samotná čierna diera. Táto štúdia bola preto kľúčová v tom, že ukázala, ako môžu disky zmeniť smer relatívne k svojej čiernej diere, čo vedie k predbežným prúdom, ktoré pravidelne menia svoj smer.
Toto predtým nebolo známe kvôli neuveriteľnému množstvu výpočtového výkonu, ktorý je potrebný na zostavenie trojrozmerných simulácií v oblasti rýchlo sa otáčajúcej čiernej diery. S pomocou grantu National Science Foundation (NSF) sa tím podarilo dosiahnuť pomocou Blue Waters, jedného z najväčších superpočítačov na svete.
S týmto superpočítačom, ktorý mal k dispozícii, bol tím schopný zostaviť prvý simulačný kód čiernej diery, ktorý zrýchlil pomocou grafických procesorových jednotiek (GPU). Vďaka tejto kombinácii bol tím schopný vykonávať simulácie, ktoré mali najvyššiu úroveň rozlíšenia, aké kedy bolo dosiahnuté - t. J. Takmer miliardu výpočtových buniek. Ako Tchekhovskoy vysvetlil:
„Vysoké rozlíšenie nám prvýkrát umožnilo zaistiť, aby sa v našich modeloch presne zachytili malé turbulentné pohyby disku. Na naše prekvapenie sa ukázalo, že tieto pohyby boli také silné, že spôsobili, že sa disk vyhrial a zastavila sa precesia. To naznačuje, že k precesii môže dôjsť pri výbuchoch. “
Precesia relativistických prúdov by mohla vysvetliť, prečo boli v minulosti pozorované kolísania svetla prichádzajúce okolo čiernych dier - známe ako kvázi periodické oscilácie (QPO). Tieto lúče, ktoré prvýkrát objavil Michiel van der Klis (jeden zo spoluautorov štúdie), fungujú takmer rovnako ako lúče kvasaru, ktoré sa javia ako strobujúce.
Táto štúdia je jednou z mnohých výskumov, ktoré sa zaoberajú rotujúcimi čiernymi dierami po celom svete, ktorých účelom je lepšie porozumieť nedávnym objavom, ako sú gravitačné vlny, ktoré sú spôsobené zlúčením čiernych dier. Tieto štúdie sa používajú aj na pozorovania z ďalekohľadu Horizon Event, ktorý zachytil prvé obrazy tieňa Strelca A *. To, čo odhalia, určite vzruší a ohromí, a potenciálne prehĺbi tajomstvo čiernych dier.
V minulom storočí sa štúdium čiernych dier značne pokročilo - od čisto teoretických až po nepriame štúdie účinkov, ktoré majú na okolitú hmotu, až po samotné štúdium gravitačných vĺn. Možno jedného dňa by sme ich mohli študovať priamo alebo (ak nie je príliš dúfať) priamo v nich!
