Tack vare de första simuleringarna på en superdator har forskare fått en ny inblick i ett av de mest mystiska fenomenen - relativistiska strålarnas beteende kommer från svarta hål.
Avancerade simuleringar visar att strålströmmar gradvis byter riktning i himlen, på grund av vilken rymdtid dras in i rotationen av ett svart hål. Detta beteende överensstämmer med Albert Einsteins förutsägelser om extrem gravitation nära roterande svarta hål.
Att förstå rotationsprocessen av svarta hål och förvrängningen av rymdtid runt dem är fortfarande ett grumligt pussel. Men superdatorn tar oss gradvis närmare svaret.
Snabbt roterande svarta hål absorberar inte bara materia utan frigör också energi i form av relativistiska strålar. Gas- och magnetfälten som kommer in i hålet roterar för att bilda en skivinriktad magnetfältledning och varmgas. Det svarta hålet suger upp denna astronomiska buljong och lämnar magnetfältlinjer. Detta förvandlar ett svart hål till en startplatta, från vilken energi i form av relativistiska strålar bryts ut i rymden.
Utgivna strålar är mycket enklare att studera än svarta hål själva. Denna studie gör det möjligt för oss att förstå hur snabbt strålens riktning förändras, såväl som att förstå riktningen och parametrarna hos den roterande skivan.
Tidiga modeller koncentrerades på platta skivor. I verkligheten ligger de i en vinkel (skivan roterar runt en separat axel från det svarta hålet). Studien bekräftar att skivorna ändras när de lutas i förhållande till det svarta hålet.
Tidigare kunde inte förbehandlingsstrålarna hittas, eftersom skapandet av en 3D-modell av området kring ett snabbt roterande svart hål kräver enorm beräkningskraft. Det var därför jag var tvungen att skriva den första koden för black hole-simuleringen accelererad av grafikprocessorer. Som ett resultat kunde forskare testa simuleringar på en av världens största superdatorer, Blue Waters.
Den höga upplösningen gjorde det möjligt för första gången att verifiera att den småskaliga turbulenta rörelsen på disken var fixerad i modellerna. Förvånansvärt var rörelserna så starka att de tvingade disken att fett och precessionen stannade.
Jämförelse av simulering med låg upplösning (vänster) och Blue Waters hög (höger). Den andra modellen visar att precession och inriktning saktar på grund av diskutbyggnad på grund av magnetisk turbulens
Black hole accretion är ett otroligt komplicerat system som liknar en orkan. Men processen går så långt att vi inte kan överväga att göra det. Därför möjliggör simuleringar en mycket tydligare förståelse för beteendet hos svarta hål.
Simuleringsresultaten kommer att påverka ytterligare forskning relaterad till roterande svarta hål. Det kommer också att bidra till att förstå gravitationens vågor som skapas av effekterna av neutronstjärnor och elektromagnetiska fyrverkerier. Beräkningarna kommer också att påverka tolkningen av observationen av Event Horizon Telescope som registrerar skuggan av ett supermassivt svart hål i det galaktiska centrumet.
Vidare kunde preysionen av strålarna förklara oscillationerna hos det intensiva ljuset som uppstår på grund av svarta hål. Vi pratar om kvasi-periodiska svängningar. För första gången märktes de 1985.
