Επιστήμονες βασίστηκαν σε δεκαετίες ερευνών για να δημιουργήσουν το πιο λεπτομερές μοντέλο μέχρι στιγμής, για το πως οι φωτεινές μαύρες τρύπους έλκουν την περιβάλλουσα ύλη. Οι προσομοιώσεις έτρεξαν σε μερικούς από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές του κόσμου. Η ομάδα πίσω από το εγχείρημα, προσοπμοίωσε για πρώτρη φορά τη ροή της ύής σε μαύρες τρύπες, υπό την πλήρη γενική σχετικότητα και σε ένα περιβάλλον γεμάτο από ακρινοβολία. Όλα αυτά χωρίς να περιλαμβάνονται απλουστευμένες συντομεύσεις, που συναντούσαμε στις προηγούμενες μελέτες.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal, διεξήχθη από ερευνητές του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών και του Κέντρου Υπολογιστικής Αστροφυσικής του Ινστιτούτου Flatiron. Η νέα δημοσίευση σηματοδοτεί την έναρξη μιας προγραμματισμένης σειράς εργασιών, που έχει σαν στόχο να παρουσιάσει το νέο υπολογιστικό τους πλαίσιο και να διερευνήσουν πως μπορεί να εφαρμοστεί σε μια σειρά από γνωστές μαύρες τρύπες.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέραμε να δούμε τι συμβαίνει όταν οι πιο σημαντικές φυσικές διεργασίες στη συσσώρευση μαύρων τρυπών συμπεριλαμβάνονται με ακρίβεια. Αυτά τα συστήματα είναι εξαιρετικά μη γραμμικά – οποιαδήποτε υπερβολικά απλοποιημένη υπόθεση μπορεί να αλλάξει εντελώς το αποτέλεσμα. Το πιο συναρπαστικό είναι ότι οι προσομοιώσεις μας αναπαράγουν πλέον αξιοσημείωτα συνεπείς συμπεριφορές σε όλα τα συστήματα μαύρων τρυπών που παρατηρούνται στον ουρανό, από υπερφωτεινές πηγές ακτίνων Χ έως δυαδικά συστήματα ακτίνων Χ. Κατά μία έννοια, καταφέραμε να «παρατηρήσουμε» αυτά τα συστήματα όχι μέσω τηλεσκοπίου, αλλά μέσω υπολογιστή», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Lizhong Zhang.
Οι μαύρες τρύπες είναι μερικά από τα πιο ιδιαίτερα αντικείμενα στο Σύμπαν. Ακριβώς επειδή ασκούν έντονες βαρυτικές δυνάμεις, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούμε στα μοντέλα μας την γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν, που εξηγεί πως τα πολύ ογκώδη αντιείμενα κάμπτονται και πλάθουν τον χωροχρόνο. Όταν μεγάλες ποσότητες υλικού πέφτουν προς μια μαύρη τρύπα, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο τρόπος με τον οποίο η προκύπτουσα ακτινοβολία (φως) ταξιδεύει μέσα στον παραμορφωμένο χωροχρόνο και αλληλεπιδρά με το κοντινό αέριο. Οι προηγούμενες προσομοιώσεις, ωστόσο, δεν μπόρεσαν να ενσωματώσουν όλες αυτές τις μαθηματικές προκλήσεις ταυτόχρονα, αφήνοντας σημαντικές πτυχές της φυσικής εκτός.
«Οι προηγούμενες μέθοδοι χρησιμοποιούσαν προσεγγίσεις που αντιμετωπίζουν την ακτινοβολία ως ένα είδος ρευστού, το οποίο δεν αντικατοπτρίζει την πραγματική του συμπεριφορά», εξήγησε ο Zhang.
Αυτές οι προηγούμενες προσεγγίσεις ήταν απαραίτητες επειδή οι πλήρεις εξισώσεις είναι εξαιρετικά πολύπλοκες και απαιτητικές από υπολογιστικής άποψης. Ωστόσο, συνδυάζοντας γνώσεις που αποκτήθηκαν μετά από δεκαετίες εργασίας, η ομάδα ανέπτυξε νέους αλγόριθμους που τις λύνουν άμεσα, χωρίς προσεγγίσεις. «Ο δικός μας είναι ο μόνος αλγόριθμος που υπάρχει αυτή τη στιγμή που παρέχει μια λύση αντιμετωπίζοντας την ακτινοβολία όπως πραγματικά είναι στη γενική σχετικότητα», πρόσθεσε.
Voyager 2: Λύθηκε το μεγαλύτερο μυστήριο της ανθρωπότητας στον Ουρανό!
Στην συγκεκριμένη προσομοίωση βλέπουμε την συσσώρευση ύλης σε μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, που φτάνει τις 10 φορές της μάζας του Ήλιου. Πρόκειται για μικρές μαύρες τρύπες και αρκετα πιο μικρές από την υπερεμεγέθη μαύρη τρύπα Sagittarius A* που έχουμε στο κέντρο του Γαλαξία μας. Όμως, οι προσομοιώσεις έιναι απαραίτητες για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει στις μαύρες τρύπες, πόσο μάλλον όταν είναι πρακτικά αδύνατο να τις παρατηρήσουμε από κοντά. Έχουμε καταφέρει βέβαια να φωτογραφίσουμε μαύρες τρύπες, όμως φαίνονται σαν μια πηγή φωτός. Για αυτό οι επιστήμονες πρέπει να μετατρέψουν το φως σε φάσμα, που περιέχει δεδομένα που μας βοηθούν να κατανοήσουμε και να χαρτογραφήσουμε την κατανομή ενέργειας γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Μέσω των προσομοιώσεών τους, οι μελετητές κατέγραψαν πώς συμπεριφέρεται η ύλη καθώς κινείται σπειροειδώς προς αστρικές μαύρες τρύπες, σχηματίζοντας στροβιλώδεις δίσκους με κυρίαρχη την ακτινοβολία, εκτοξεύοντας ισχυρούς ανέμους και μερικές φορές παράγοντας ακόμη και ισχυρούς πίδακες. Η ομάδα διαπίστωσε ότι το μοντέλο τους ταίριαζε αξιοσημείωτα καλά με το φάσμα που λήφθηκε από παρατηρησιακά δεδομένα. Αυτή η συμφωνία μεταξύ της προσομοίωσης και της παρατήρησης είναι κρίσιμη, επιτρέποντας ισχυρότερες ερμηνείες των περιορισμένων δεδομένων που είναι διαθέσιμα για αυτά τα μακρινά αντικείμενα.
Επόμενος στόχος της ομάδας είναι να εξακριβώσει αν το μοντέλο της μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους τύπους μαύρων τρυπών. Αν ισχύει κάτι τέτοιο, τότε θα αποκτήσουμε ένα πολύ δυνατό εργαλείο για την μελέτη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, που είναι αυτές που σφυρηλατούν τους γαλαξίες. Για αυτό η ομάδα θέλει να πάει την προσέγγισή της ένα βήμα πιο μπροστά, ώστε να λάβει υπόψη τους διαφορετικούς τρίπους με τους οποίους οι ακτινοβολία αλληλεπιδρά με την ύλη, σε ένα ευρή φάσμα θερμοκρασιών και πυκνοτήτων.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο The Astrophysical Journal.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
