ZNANSTVENICI su pomoću superračunala stvorili dosad najdetaljnije simulacije koje otkrivaju kako se plin i materija ponašaju na samom rubu crnih rupa, u područjima gdje se ekstremna gravitacija susreće s golemim zračenjem. Nova studija pruža ključne uvide u kaotične procese koji su desetljećima zbunjivali astronome, piše Science Alert.

Područja na rubu crnih rupa smatraju se iznimno nestabilnima, sklonima iznenadnim bljeskovima, mlazovima i izbojima materije. Predviđanje tih događaja dosad je bio velik izazov zbog složene matematike i ekstremne fizike koja vlada u tim uvjetima. Stariji modeli morali su se oslanjati na značajna pojednostavljenja kako bi izračuni uopće 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 superračunala, tim je uspio povezati promatranja tokova materije s mjerenjima rotacije crne rupe i njezina magnetskog polja, stvarajući model koji se temelji na daleko složenijim podacima.

"Ovo je prvi put da smo uspjeli vidjeti što se događa kada su najvažniji fizički procesi u akreciji crne rupe točno uključeni", rekao je astrofizičar Lizhong Zhang s instituta Flatiron. "Ovi su sustavi izuzetno nelinearni - svaka previše pojednostavljena pretpostavka može potpuno promijeniti ishod."

Što simulacije otkrivaju

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 magnetskim poljima, izbija prema van. Ovi se rezultati podudaraju s promatranjima različitih vrsta sustava crnih rupa.

Istraživači su pokazali da crne rupe, privlačeći dovoljno materijala, stvaraju guste akrecijske diskove koji apsorbiraju goleme količine zračenja. Energija se umjesto toga oslobađa kroz snažne vjetrove i mlazove.

Njihove simulacije također su otkrile kako se formira uski lijevak koji usisava materijal nevjerojatnim brzinama i stvara snop zračenja vidljiv samo pod određenim kutovima. Tim je utvrdio i da konfiguracija okolnog magnetskog polja igra ključnu ulogu u ponašanju crne rupe, pomažući usmjeriti protok plina prema horizontu događaja i natrag prema van.

Tehnologija iza otkrića

Simulacija uključuje Einsteinovu opću teoriju relativnosti, koja opisuje kako mase iskrivljuju prostor i vrijeme, te detaljne modele koji pokrivaju zakone fizike koji upravljaju plazmom, magnetskim poljima i interakcijom svjetlosti s materijom.

"Naš je jedini algoritam koji trenutno postoji i koji pruža rješenje tretirajući zračenje onakvim kakvo ono zaista jest u općoj teoriji relativnosti", ističe Zhang. "Naše metode točno bilježe širenje fotona u zakrivljenom prostor-vremenu, a kada su spojene s fluidom, konvergiraju poznatim rješenjima za linearne valove i udare", pišu istraživači u studiji.

Pogled u budućnost

Znanstvenici sada žele provjeriti mogu li se njihove simulacije primijeniti i na druge vrste crnih rupa, uključujući supermasivnu crnu rupu Strijelac A* u središtu naše Mliječne staze. Također vjeruju da bi njihovi modeli mogli pomoći u rješavanju misterija nedavno otkrivenih 'malih crvenih točkica', svemirskih objekata koji emitiraju manje rendgenskog zračenja nego što se očekivalo.

"Iako naši modeli koriste neprozirnosti prikladne za crne rupe zvjezdane mase, vjerojatno je da će se mnoge opće značajke naših rezultata primijeniti i na akreciju na supermasivne crne rupe", zaključuju istraživači. Istraživanje je objavljeno u časopisu The Astrophysical Journal.