Kara delikler, Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'nin varlığını öngördüğü için sonsuz bir hayranlık kaynağı oldu. Son 100 yılda, kara deliklerin çalışması önemli ölçüde ilerlemiştir, ancak bu nesnelerin huşu ve gizemi devam etmektedir. Örneğin, bilim adamları bazı durumlarda kara deliklerin milyonlarca ışık yılı boyunca uzanan büyük yüklü parçacık jetleri olduğunu kaydetti.
Bu “rölativistik jetler” - yüklü parçacıkları ışık hızının bir kısmında itdikleri için - adı geçen gökbilimcileri yıllarca şaşırttı. Ancak uluslararası bir araştırmacılar ekibi tarafından yapılan yakın tarihli bir çalışma sayesinde, bu jetlerle ilgili yeni bilgiler elde edilmiştir. Genel Göreliliğe uygun olarak, araştırmacılar, uzay zamanının kara deliğin rotasyonuna sürüklenmesinin bir sonucu olarak bu jetlerin kademeli olarak prime edildiğini (yani yön değiştirdiğini) gösterdi.
“3D Genel Göreli MHD Simülasyonlarında Eğik Kara Delik Diskleri ile Ön Jetler Oluşturma” başlıklı çalışmaları, son zamanlarda Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri. Ekip, Kuzeybatı Üniversitesi Astrofizik Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA) üyelerinden oluşuyordu.
Ekip, çalışmaları uğruna Illinois Üniversitesi'ndeki Blue Waters süper bilgisayarını kullanarak simülasyonlar yaptı. Yaptıkları simülasyonlar, Supermassive Black Holes (SMBHs) 'den gelen göreli jetlerin davranışını modelleyen ilk simülasyonlardı. Bir milyara yakın hesaplama hücresiyle, aynı zamanda şimdiye kadar elde edilen bir biriken kara deliğin en yüksek çözünürlüklü simülasyonuydu.
Northwestern’in Weinberg Sanat ve Bilim Koleji'nde fizik ve astronomi yardımcı doçenti olan Alexander Tchekhovskoy'un yakın zamanda yapılan bir Northwestern Now basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Dönen karadeliklerin etrafındaki uzay-zamanı nasıl sürüklediğini ve bu sürecin teleskoplar aracılığıyla gördüğümüzü nasıl etkilediğini anlamak önemli, çatlaması zor bir bulmaca olmaya devam ediyor. Neyse ki, kod geliştirmedeki atılımlar ve süper bilgisayar mimarisindeki atılımlar bizi yanıtları bulmaya her zaman yaklaştırıyor. ”
Tüm Supermassive Black Holes gibi, hızla dönen SMBH'ler de maddeyi sarsar. Bununla birlikte, hızla dönen kara delikler, göreceli jetler şeklinde enerji yayma biçimleriyle de bilinir. Bu kara delikleri besleyen madde, etraflarında dönen bir disk oluşturur - aka. sıcak, enerjili gaz ve manyetik alan çizgileriyle karakterize edilen bir birikim diski.
Kara deliklerin bu jetler şeklinde enerjiyi itmesine izin veren bu alan çizgilerinin varlığıdır. Bu jetler çok büyük olduğu için, kara deliklerin kendisinden daha kolay çalışmak daha kolaydır. Böylece gökbilimciler, bu jetlerin yönünün ne kadar hızlı değiştiğini anlayabilirler, bu da karadeliklerin kendilerinin dönüşüyle ilgili şeyleri (döner disklerinin yönü ve boyutu gibi) ortaya çıkarır.
Kara deliklerin incelenmesi söz konusu olduğunda, büyük ölçüde görünür ışıkta gözlemlenemedikleri ve tipik olarak çok uzakta oldukları için gelişmiş bilgisayar simülasyonları gereklidir. Örneğin, Dünya'ya en yakın SMBH, galaksimizin merkezinde yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Yay A *'dır. Bu nedenle, simülasyonlar bir kara delik gibi oldukça karmaşık bir sistemin nasıl çalıştığını belirlemenin tek yoludur.
Önceki simülasyonlarda, bilim adamları kara delik disklerinin hizalandığı varsayımı altında faaliyet gösterdiler. Bununla birlikte, çoğu SMBH'nin eğik disklere sahip olduğu bulunmuştur - yani, diskler kara deliğin kendisinden ayrı bir eksen etrafında döndüler. Bu nedenle bu çalışma, disklerin karadeliklerine göre yönünü nasıl değiştirebileceğini göstermesi açısından önemliydi, bu da periyodik olarak yönlerini değiştiren ön püskürtme jetlerine yol açtı.
Bu, hızla dönen bir kara deliği çevreleyen bölgenin 3 boyutlu simülasyonlarını oluşturmak için gereken inanılmaz miktarda hesaplama gücü nedeniyle daha önce bilinmiyordu. Ulusal Bilim Vakfı (NSF) hibesinin desteğiyle ekip, bunu dünyanın en büyük süper bilgisayarlarından biri olan Blue Waters'ı kullanarak başardı.
Bu süper bilgisayar el altındayken, ekip grafik işleme birimleri (GPU'lar) kullanarak hızlandırdıkları ilk kara delik simülasyon kodunu oluşturabildi. Bu kombinasyon sayesinde, takım şimdiye kadar elde edilen en yüksek çözünürlük düzeyine (yani bir milyar hesaplama hücresine yakın) benzetim yapabildi. Tchekhovskoy'un açıkladığı gibi:
“Yüksek çözünürlük, ilk kez, küçük ölçekli türbülanslı disk hareketlerinin modellerimizde doğru şekilde yakalanmasını sağlamamıza izin verdi. Şaşırtıcı bir şekilde, bu hareketlerin o kadar güçlü olduğu ortaya çıktı ki, diskin şişmesine ve diskin durmasına neden oldu. Bu, durgunluklarda sünnetin gerçekleşebileceğini gösteriyor. ”
Relativistik jetlerin önlenmesi, geçmişte karadeliklerin etrafında bulunan ve yarı periyodik salınımlar (QPO'lar) olarak bilinen ışık dalgalanmalarının neden gözlemlendiğini açıklayabilir. İlk olarak Michiel van der Klis (çalışmadaki ortak yazarlardan biri) tarafından keşfedilen bu ışınlar, vurucu bir etkiye sahip gibi görünen bir quasar'ın ışınlarıyla aynı şekilde çalışır.
Bu çalışma, kara deliklerin birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgaları gibi son keşifler hakkında daha iyi bir anlayış elde etmek olan, dünya çapında dönen kara delikler üzerinde yürütmekte olan birçok çalışmadan biridir. Bu çalışmalar aynı zamanda Yay A * 'nın gölgesinin ilk görüntülerini yakalayan Event Horizon Teleskobu'nun gözlemlerine de uygulanmaktadır. Gösterecekleri şey, heyecan verici ve hayret verici ve potansiyel olarak kara deliklerin gizemini derinleştirecek.
Geçen yüzyılda, kara deliklerin incelenmesi - sadece teorik olandan, çevre madde üzerindeki etkilerinin dolaylı çalışmalarına, yerçekimi dalgalarının incelenmesine kadar önemli ölçüde ilerlemiştir. Belki bir gün, onları doğrudan inceleyebiliriz veya (ummak için çok fazla değilse) doğrudan içlerine bakabiliriz!
