Kara delikler Evrendeki en harika ve gizemli güçlerden biridir. Başlangıçta Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tarafından öngörülen bu uzay-zaman noktaları, dev yıldızlar yıldızlarının yaşamlarının sonunda yerçekimi çökmesine maruz kaldıklarında oluşur. Onlarca yıllık çalışma ve gözlemlere rağmen, bu fenomen hakkında hala bilmediğimiz çok şey var.
Örneğin, bilim adamları hala bir kara deliğin etrafında yörüngeye giren ve yavaş yavaş üzerine beslenen maddenin (birikim diskleri) nasıl davrandığı konusunda hala karanlıktadır. Uluslararası bir araştırmacı ekibinin bugüne kadar bir kara deliğin en ayrıntılı simülasyonlarını gerçekleştirdiği yakın tarihli bir çalışma sayesinde, toplanma diskleri ile ilgili bir takım teorik tahminler nihayet doğrulandı.
Ekip, Amsterdam Üniversitesi Anton Pannekoek Astronomi Enstitüsü, Kuzeybatı Üniversitesi'nin Astrofizik Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA) ve Oxford Üniversitesi'nden hesaplamalı astrofizikçilerden oluşuyordu. Araştırma bulguları, 5 Haziran sayısında Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri.
Bulguları arasında ekip, 1975 yılında James Bardeen ve Jacobus Petterson tarafından Bardeen-Petterson Etkisi olarak bilinen bir teoriyi doğruladı. Bu teoriye göre ekip, bir biriktirme diskinin dış bölgesi eğik kalırken diskin iç bölgesinin kara deliğin ekvatoru ile hizalanacağını buldu.
Basitçe söylemek gerekirse, araştırmacıların karadelikler hakkında bildikleri hemen hemen her şey toplanma diskleri incelenerek öğrenildi. Bu parlak gaz ve toz halkaları olmadan, bilim adamlarının kara delikleri bulabilmeleri olası değildir. Dahası, bir kara deliğin büyümesi ve dönme hızı da toplanma diskine bağlıdır, bu da onları kara deliklerin evrimini ve davranışını anlamak için incelemeyi zorunlu kılar.
Alexander Tchekhovskoy olarak,
Bardeen ve Petterson teorilerini önerdiklerinden beri, kara delik simülasyonları, bu hizalamanın gerçekleşip gerçekleşmediğini belirlemelerini engelleyen bir dizi sorundan muzdaripti. Her şeyden önce, toplama diskleri Olay Ufkuna yaklaştığında, muazzam hızlara hızlanırlar ve uzay-zamanın çarpık bölgelerinde hareket ederler.
Daha da karmaşıklaşan ikinci bir konu, bir karadeliğin dönüşünün uzay-zamanı etrafında dönmeye zorlamasıdır. Bu sorunların her ikisi de astrofizikçilerin genel göreliliğin etkilerini açıklamasını gerektirir, ancak manyetik türbülans sorunu devam etmektedir. Bu türbülans, disk parçacıklarının dairesel bir şekilde bir arada tutulmasına ve
Şimdiye kadar, astrofizikçiler tüm bunları hesaba katacak bilgi işlem gücüne sahip değillerdi. GR ve manyetik türbülanstan sorumlu simülasyonlar yapabilen sağlam bir kod geliştirmek için ekip, grafik işleme birimlerine (GPU'lar) dayalı bir kod geliştirdi. Geleneksel merkezi işlem birimlerine (CPU'lar) kıyasla GPU'lar, büyük veri alanlarını işleyen görüntü işleme ve hesaplama algoritmalarında çok daha verimlidir.
Ekip ayrıca, yalnızca hareketin meydana geldiği ve buna göre adapte olduğu belirli bloklara odaklanarak enerji tasarrufu sağlayan adaptif ağ inceltme adı verilen bir yöntem de dahil etti. Farkı göstermek için Tchekhovskoy GPU'ları karşılaştırdı ve
“Diyelim ki yeni bir daireye taşınmanız gerekiyor. Bu güçlü Ferrari ile çok fazla seyahat yapmanız gerekecek çünkü pek çok kutuya uymayacak. Ama her ata bir kutu koyabilirseniz, her şeyi tek seferde taşıyabilirsiniz. Bu GPU. Her biri CPU'ndakilerden daha yavaş olan birçok unsuru var, ancak çok fazla var. ”
Son olarak, takım simülasyonunu Urbana-Champaign'daki Illinois Üniversitesi'ndeki Ulusal Süper Bilgisayar Uygulamaları Merkezi'nde (NCSA) Blue Waters süper bilgisayarlarını kullanarak yaptı. Buldukları şey, bir diskin dış bölgesi döşenebilirken, iç bölgenin kara deliğin ekvatoru ile hizalanacağı ve pürüzsüz bir çözgünün bunları bağlayacağıydı.
Kara delikler ve bunların biriktirme diskleri hakkında uzun süredir devam eden bir tartışmaya kapanmanın yanı sıra, bu çalışma aynı zamanda Bardeen ve Petterson günlerinden beri çok astrofiziklerin ilerlediğini göstermektedir. Bir araştırmacı Matthew Liska'nın özetlediği gibi:
“Bu simülasyonlar sadece 40 yaşındaki bir sorunu çözmekle kalmıyor, aynı zamanda tipik düşüncenin aksine, en parlak toplanma disklerini tam genel görelilikte simüle etmenin mümkün olduğunu gösterdiler. Bu, parlak toplanma disklerini çevreleyen daha da önemli sorunları çözeceğini umduğumuz yeni nesil simülasyonların yolunu açıyor. ”
Ekip, Bardeen-Petterson Etkisinin uzun süredir devam eden gizemini, toplanma diskini eşi görülmemiş bir derecede incelterek ve diskin toplanmasına neden olan mıknatıslanmış türbülansı inceleyerek çözdü. Önceki simülasyonlar sadece türbülansın etkilerine yaklaşarak önemli bir sadeleştirme yaptı.
Dahası, önceki simülasyonlar, minimum yükseklik / yarıçap oranı 0.05 olan inceltilmiş disklerle çalışmışken, Tchekhovskoy ve meslektaşları tarafından görüntülenen en ilginç etkiler, disk 0.03'e düşürüldüğünde meydana geldi. Şaşırtıcı bir şekilde, ekip, inanılmaz derecede ince toplama diskleri ile bile, kara deliğin hala ışık hızının bir bölümünde parçacıklar ve radyasyon jetleri yaydığını keşfetti.
Tchekhovskoy'un açıkladığı gibi, bu oldukça beklenmedik bir bulgu oldu:
“Hiç kimse bu diskler tarafından ufak kalınlıklarda jetler üretilmesini beklemiyordu. İnsanlar bu jetleri üreten manyetik alanların bu gerçekten ince disklerden geçmesini bekliyordu. Ama işte buradalar. Ve bu aslında gözlemsel gizemleri çözmemize yardımcı oluyor. ”
Astrofizikçilerin kara delikler ve bunların biriktirme diskleri ile ilgili yaptıkları son buluntularla, ikinci “Altın Görelilik Çağı” nda yaşadığımızı söyleyebilirsiniz. Ve tüm bu araştırmaların bilimsel getirilerinin çok büyük olabileceğini söylemek abartı olmaz. Maddenin en uç koşullarda nasıl davrandığını anlayarak, Evrenin temel kuvvetlerinin nasıl bir araya geldiğini öğrenmeye her geçen gün yaklaşıyoruz.
