Preboj črne luknje: nov vpogled v skrivnostne curke

The Great Gildersleeve: Leroy's Paper Route / Marjorie's Girlfriend Visits / Hiccups (Julij 2019).

Anonim

Raziskovalci, vključno z univerzitetnim profesorjem severozahodne univerze, so s svojimi vrhunskimi superračunalniškimi simulacijami pridobili nov vpogled v enega najbolj skrivnostnih pojavov v sodobni astronomiji: vedenje relativističnih curkov, ki ustrelijo iz črnih lukenj in se raztezajo navzven čez milijone svetlobnih let.

Napredne simulacije, ustvarjene z enim od najmočnejših superračunalnikov na svetu, kažejo, da tokovi curka postopoma spreminjajo smer v nebo ali prerez, zaradi česar prostor-čas vleče v vrtenje črne luknje. To obnašanje se usklajuje z napovedmi Alberta Einsteina o ekstremni težnosti v bližini rotirajočih črnih lukenj, ki so objavljene v njegovi znani teoriji splošne relativnosti.

"Razumevanje, kako vrtljive črne luknje potegnejo prostor okoli časa in kako ta proces vpliva na tisto, kar vidimo skozi teleskope, ostaja ključna, težko zapletena uganka", je dejal Alexander Tchekhovsky, docent za fiziko in astronomijo na Weinberg College v Northwestern umetnosti in znanosti. "Na srečo, odkritja v razvoju kode in skokov v superračunalniški arhitekturi nas vse bolj približujejo iskanju odgovorov."

Študija, objavljena v mesečnih obvestilih kraljevega astronomskega društva, je sodelovanje med Tchekhovskoy, Matthew Liska in Casper Hesp. Liska in Hesp sta vodilni avtorji in diplomanti študija na Univerzi v Amsterdamu na Nizozemskem.

Hitro vrtljive črne luknje ne samo zajemajo snov, temveč tudi oddajajo energijo v obliki relativističnih curkov. Podobno kot voda v kadi tvori vrtinec, ko gre navzdol v odtok, plin in magnetna polja, ki krmijo supermasivna črna luknja, se vrtijo, da se tvori vrtljiv disk - zapleteni špageti iz magnetnih polj, ki se meša v vročo vodo. Ker črna luknja porabi to astrofizično juho, goblja gor juho, vendar pušča magnetni špageti, ki se vlečejo iz ust. Zaradi tega je črna luknja v nekakšno lansirno blazinico, iz katere energija v obliki relativističnih curkov pušča iz mreže zvitih magnetnih špagetov.

Šobe, ki jih oddajajo črne luknje, so lažje preučevati kot sami črne luknje, ker so mleti veliki. Ta študija omogoča astronomom, da razumejo, kako hitro se spreminja curka curka, ki razkriva informacije o vrtenju črne luknje ter usmerjenost in velikost vrtljivega diska ter druge težko izmerjene lastnosti črne luknje.

Medtem ko so skoraj vse prejšnje simulacije upoštevale poravnane diske, je v resnici večina galaksij "osrednjih supermasivnih črnih lukenj mislila, da imajo nagnjene plošče - kar pomeni, da se disk vrti okoli ločene osi kot sam črna luknja. Ta študija potrjuje, da pri nagibanju diski spreminjajo smer glede na črno luknjo, ki se preoblikuje kot vrtilni vrh. Prvič so simulacije pokazale, da taki nagnjeni diski vodijo do preciznih curkov, ki redno spreminjajo svojo smer v nebo.

Pomemben razlog, zakaj precrtni curki niso bili odkriti prej, je, da 3-D simulacije območja, ki obdajajo hitro vrtljivo črno luknjo, zahtevajo ogromno računsko moč. Za reševanje te problematike so raziskovalci izdelali prvo simulacijsko kodo črne luknje, ki jo pospešujejo grafične procesne enote (GPU-ji). Dodelitev nacionalne znanstvene fundacije jim je omogočila izvajanje simulacij na Blue Waters, enem največjih superračunalnikov na svetu, ki se nahaja na Univerzi v Illinoisu.

Sotočje hitre kode, ki učinkovito uporablja najnovejšo arhitekturo GPU in superračunalnik Blue Waters, je ekipi omogočilo izvajanje simulacij z najvišjo resolucijo, ki je bila kdaj dosežena - do milijon računskih celic.

"Visoka ločljivost nam je omogočila, da v naših modelih natančno zajamemo majhne turbulentne gibalne diske, " je dejal Tchekhovsky. "Na naše presenečenje so se ti predlogi izkazali za tako močne, da so disk zavrteli in disk precesijo ustavili. To kaže na to, da se lahko pretesa zgodi v poškodbah."

Ker je akriskanje na črne luknje zelo zapleten sistem, ki je podoben orkanu, vendar se nahaja tako daleč, ne moremo razlikovati številnih podrobnosti, simulacije ponujajo močan način, kako osmisliti opazovanje teleskopa in razumeti vedenje črnih lukenj.

Rezultati simulacije so pomembni za nadaljnje raziskave, ki vključujejo vrtljive črne luknje, ki se trenutno izvajajo po vsem svetu. S temi prizadevanji astronomi poskušajo razumeti nedavno odkrite pojave, kot so prve zaznave gravitacijskih valov iz trkov starih nevtronov in spremljajoči elektromagnetni ognjemeti ter redne zvezde, ki jih zajamejo supermasivne črne luknje.

Izračuni se uporabljajo tudi za razlago opazovanj teleskopa Event Horizon (EHT), ki je zajela prve posnetke supermasivne senčne črte v središču Mlečne poti.

Poleg tega je precesija curka lahko razložila nihanja intenzitete svetlobe, ki prihaja od okoli črnih lukenj, imenovane kvazi-periodična nihanja (QPOs). Takšna nihanja se lahko pojavijo podobno kot način vrtenja žarka svetilnika, ki ga opazuje opazovalec. QPO so prvič odkrili v bližini črnih lukenj (kot rentgenske žarke) leta 1985 Michiel van der Klis (Univerza v Amsterdamu), ki je soavtor novega članka.

menu
menu