Mustad augud on üks vingeid ja salapäraseid jõude universumis. Kui algselt ennustas Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria, moodustuvad need ruumid kosmoseaegses punktis massiivsete tähtede elu lõpul gravitatsioonilise kokkuvarisemise tagajärjel. Vaatamata aastakümnete pikkustele uuringutele ja vaatlustele on selle nähtuse kohta veel palju, mida me ei tea.
Näiteks on teadlased endiselt suures osas pimeduses selle kohta, kuidas käitub aine, mis langeb musta augu ümber orbiidile ja kuhu seda järk-järgult söödetakse (akretsioonkettad). Tänu hiljutisele uuringule, kus rahvusvaheline teadlaste meeskond viis läbi täpsema musta augu simulatsioonid, on lõpuks heaks kiidetud mitmed akretsiooniketastega seotud teoreetilised ennustused.
Meeskond koosnes arvutuslikest astrofüüsikutest Amsterdami ülikooli Anton Pannekoeki astronoomiainstituudist, Northwesterni ülikooli astrofüüsika interdistsiplinaarse uurimise ja uurimise keskusest (CIERA) ja Oxfordi ülikoolist. Nende uurimistulemused ilmusid ajalehe 5. Juuni numbris Kuningliku Astronoomiaühingu igakuised teated.
Nende leidude hulgas kinnitas meeskond teooriat, mille algselt panid 1975. aastal välja James Bardeen ja Jacobus Petterson ning mida on hakatud nimetama Bardeen-Pettersoni efektiks. Selle teooria kohaselt leidis meeskond, et kui akrüülketta välimine piirkond jääb kallutatud, siis ketta sisemine piirkond joondub selle musta augu ekvaatori suhtes.
Lihtsustatult öeldes - peaaegu kõike, mida teadlased mustade aukude kohta teavad, on õppinud akrüülkettaid uurides. Ilma nende säravate gaasi- ja tolmurõngasteta on ebatõenäoline, et teadlased suudaksid mustad augud üles leida. Veelgi enam, musta augu kasv ja pöörlemiskiirus sõltuvad ka selle eralduskettast, mis muudab nende uurimise oluliseks mustade aukude arengu ja käitumise mõistmiseks.
Nagu Alexander Tchekhovskoy, an
Alates sellest, kui Bardeen ja Petterson oma teooria välja pakkusid, on musta augu simulatsioonides olnud palju probleeme, mis on neil takistanud kindlaks teha, kas selline joondamine toimub. Esiteks, kui akordikettad lähenevad sündmuse horisondile, siis kiirenevad nad tohutu kiiruseni ja liiguvad läbi kosmoseaja väändunud piirkondade.
Teine küsimus, mis veelgi keerukamaks teeb, on asjaolu, et musta augu pöörlemine sunnib ruumi-aega selle ümber keerlema. Mõlemad küsimused nõuavad, et astrofüüsikud võtaksid arvesse üldrelatiivsusteguri mõjusid, kuid endiselt on magnetilise turbulentsi küsimus. See turbulents põhjustab ketta osakeste hoidmist ringikujulisena ja
Siiani pole astrofüüsikutel olnud arvutivõimsust, et seda kõike arvestada. Tugeva koodi väljatöötamiseks, mis oleks võimeline läbi viima simulatsioone, mis võtsid arvesse GR ja magnetilist turbulentsi, töötas meeskond välja graafilistel protsessoritel (GPU) põhineva koodi. Võrreldes tavaliste keskseadmetega (CPU) on GPU-d palju tõhusamad pilditöötluse ja arvutusalgoritmide jaoks, mis töötlevad suuri andmemahtu.
Meeskond ühendas ka meetodi, mida nimetatakse adaptiivseks võrgusilma viimistluseks, mis säästab energiat, keskendudes ainult konkreetsetele plokkidele, kus toimub liikumine, ja kohaneb vastavalt. Erinevuse illustreerimiseks võrdles Tchekhovskoy GPU-sid ja
Ütleme nii, et peate kolima uude korterisse. Selle võimsa Ferrariga peate tegema palju reise, sest see ei mahu paljudesse kastidesse. Kuid kui saaksite igale hobusele ühe kasti panna, saaksite kõik ühe korraga liigutada. See on GPU. Sellel on palju elemente, millest igaüks on aeglasem kui protsessoris, kuid neid on nii palju. ”
Viimaseks, kuid mitte vähem oluliseks, korraldas meeskond simulatsiooni, kasutades Blue Watersi superarvuteid Illinoisi ülikooli Urbana-Champaign'is asuvas Riiklikus superarvutirakenduste keskuses (NCSA). Nad leidsid, et kuigi ketta välimine piirkond võib olla plaaditud, joondatakse sisemine piirkond musta augu ekvaatoriga ja sile lõim ühendab neid.
Lisaks sellele, et see võimaldab lõpetada pikka aega kestnud arutelu mustade aukude ja nende akrüülketaste üle, näitab see ka seda, et astrofüüsika on Bardeeni ja Pettersoni päevast peale kaugele jõudnud. Nagu teadlane Matthew Liska tegi kokkuvõtte:
Need simulatsioonid ei lahenda mitte ainult 40-aastast probleemi, vaid on tõestanud, et vastupidiselt tüüpilisele mõtteviisile on võimalik simuleerida kõige heledamaid akretsioonkettaid täielikus üldrelatiivsuses. See sillutab teed järgmise põlvkonna simulatsioonidele, mis loodetavasti lahendab veelgi olulisemaid helendavate akneketastega seotud probleeme. ”
Meeskond lahendas Bardeen-Pettersoni efekti pikaajalise mõistatuse, õhendades akretsiooniketast enneolematu ulatusega ja arvesse võttes magneeritud turbulentsi, mis põhjustab ketta aktiveerumist. Varasemad simulatsioonid lihtsustasid märkimisväärselt turbulentsi mõju.
Veelgi enam, varasemad simulatsioonid töötasid hõrendatud ketastega, mille minimaalne kõrguse ja raadiuse suhe oli 0,05, samal ajal kui Tchehovskoy ja tema kolleegide vaadeldavad kõige huvitavamad efektid tekkisid pärast ketta õhenemist 0,03-ni. Oma üllatuseks leidis meeskond, et isegi uskumatult õhukeste akretsioonketastega eraldas must auk osa valguse kiirusest osakesi ja kiirgust (aka relativistlikud joad).
Nagu Tšehhovskoja selgitas, oli see üsna ootamatu leid:
"Keegi ei osanud oodata, et need kettad tekitavad nii väikese paksusega pihustid. Inimesed eeldasid, et neid düüse tekitavad magnetväljad lihtsalt ripuvad läbi nende õhukeste ketaste. Kuid seal nad on. Ja see aitab meil tegelikult vaatluslikke saladusi lahendada. ”
Kõigi hiljutiste leidude põhjal, mida astrofüüsikud on teinud mustade aukude ja nende kettaseadmete kohta, võiksite öelda, et elame teises relatiivsuse kuldajastu. Ja poleks liialdus öelda, et kogu selle uurimistöö teaduslik tulu võib olla tohutu. Mõistes, kuidas mateeria käitub kõige ekstreemsemates tingimustes, läheme üha lähemale õppimisele, kuidas Universumi põhijõud omavahel kokku sobivad.
