Naučnici su pomoću superračunara stvorili do sada najdetaljnije simulacije koje otkrivaju kako se plin i materija ponašaju na samom rubu crnih rupa, u područjima gdje se ekstremna gravitacija susreće s ogromnim zračenjem. Nova studija pruža ključne uvide u haotične procese koji su decenijama zbunjivali astronome, piše Science Alert.
Područja na rubu crnih rupa smatraju se izuzetno nestabilnim, sklonim iznenadnim bljeskovima, mlazovima i izbojima materije. Predviđanje tih događaja do sada je bio veliki izazov zbog složene matematike i ekstremne fizike koja vlada u tim uslovima. Stariji modeli morali su se oslanjati na značajna pojednostavljenja kako bi izračuni uopšte bili mogući.
Prvi model bez pojednostavljenja Nova studija, koju su proveli istraživači s američkog instituta Flatiron, sada nudi najdetaljniji prikaz načina na koji crne rupe zvjezdane mase gutaju i izbacuju materiju. Koristeći dva moćna superračunara, tim je uspio povezati posmatranja tokova materije s mjerenjima rotacije crne rupe i njenog magnetnog polja, stvarajući model koji se temelji na daleko složenijim podacima.
"Ovo je prvi put da smo uspjeli vidjeti šta se događa kada su najvažniji fizički procesi u akreciji crne rupe tačno uključeni", rekao je astrofizičar Lizhong Zhang s instituta Flatiron. "Ovi su sistemi izuzetno nelinearni – svaka previše pojednostavljena pretpostavka može potpuno promijeniti ishod."
Simulacije su pokazale da plinski disk oko crne rupe koja se brzo okreće i guta materiju postaje gušći prema sredini, dok snažan mlaz plina, vođen magnetnim poljima, izbija prema van. Ovi rezultati se podudaraju s posmatranjima različitih vrsta sistema crnih rupa.
Istraživači su pokazali da crne rupe, privlačeći dovoljno materijala, stvaraju guste akrecijske diskove koji apsorbuju ogromne količine zračenja. Energija se umjesto toga oslobađa kroz snažne vjetrove i mlazove. Njihove simulacije su također otkrile kako se formira uski lijevak koji usisava materijal nevjerovatnim brzinama i stvara snop zračenja vidljiv samo pod određenim uglovima. Tim je utvrdio i da konfiguracija okolnog magnetnog polja igra ključnu ulogu u ponašanju crne rupe.
Simulacija uključuje Einsteinovu opštu teoriju relativnosti, koja opisuje kako mase iskrivljuju prostor i vrijeme, te detaljne modele koji pokrivaju zakone fizike koji upravljaju plazmom, magnetnim poljima i interakcijom svjetlosti s materijom.
"Naš algoritam je jedini koji trenutno postoji a koji pruža rješenje tretirajući zračenje onakvim kakvo ono zaista jeste u opštoj teoriji relativnosti", ističe Zhang. "Naše metode tačno bilježe širenje fotona u zakrivljenom prostor-vremenu."
Naučnici sada žele provjeriti mogu li se njihove simulacije primijeniti i na druge vrste crnih rupa, uključujući supermasivnu crnu rupe Strijelac A* u centru naše Mliječne staze. Također vjeruju da bi njihovi modeli mogli pomoći u rješavanju misterije nedavno otkrivenih "malih crvenih tačkica", svemirskih objekata koji emituju manje rendgenskog zračenja nego što se očekivalo. Istraživanje je objavljeno u časopisu The Astrophysical Journal.