tila

Tarkimmat mustien reikien mallit antoivat meille mahdollisuuden ratkaista lähes puolen vuosisadan luonteensa

Siitä on ollut noin kaksi kuukauttaTutkijat ovat paljastaneet maailmalle ensimmäisen todellisen valokuvan mustasta aukosta, mutta tähtitieteilijät ovat tutkineet näitä salaperäisiä esineitä yli sadan vuoden ajan. Nykyaikainen tutkimusmenetelmä: hienostunut tietokonemallinnus, jonka avulla voidaan visualisoida mustia reikiä ennennäkemättömällä yksityiskohtaisella tasolla, jota kukaan ihmiskunnan käytettävissä olevista kaukoputkista ei voi vielä osoittaa. Viime aikoina kansainvälinen tutkijaryhmä loi yksityiskohtaisimmat mustan reiän tietokonemallit ja niiden avulla osoittautui lähes puolen vuosisadan arvoitus, joka liittyi musteen reikään.

SimulointituloksetAmsterdamin, Oxfordin ja Luoteis-yliopiston yliopistojen astrofysiikan asiantuntijat osoittavat, että aktiivisen levyn sisäinen alue sijaitsee mustan reiän tasasuuntaisessa tasossa.

Puolen vuosisadan mustien reikien arvoitus

Niiden löytö ratkaisee alunperin kuvatun arvoituksenfyysikko ja Nobel-palkinnonsaaja John Bardin ja astrofysiikka Jacob Petterson vuonna 1975. Tuolloin tiedemiehet sanoivat, että mustan reiän pyörreosa pakottaisi kaltevan akselin sisäisen alueen asettumaan itsensä mustan reiän tasasuuntaiselle tasolle.

Tämä löytö paljastaa alkuperäisen arvoituksenfyysikko ja Nobel-palkinnon saaja John Bardin ja astrofyysikko Jacob Petterson ovat kuvanneet vuonna 1975. Silloin Bardin ja Petterson totesivat, että mustan reiän pyörreosa pakottaisi kaltevan akselin sisemmän alueen sijoittumaan itsensä mustan reiän tasasuuntaiselle tasolle.

Vuosikymmenten kuluttua etsivät todisteita vaikutuksestaKansainvälisen tutkijaryhmän uusi Bardeen-Petersonin mallinnus mahdollisti sen, että vaikka syvennyslevyn ulompi alue säilyy kaltevana, sen sisäinen alue mukautuu mustan reiän ekvatoriaalitasoon. Tiedemiehet keräsivät tähän vähentämällä levityskiekon paksuutta ennennäkemättömälle tasolle ja ottamalla huomioon magneettisen turbulenssin, joka on vastuussa levyn kertymisestä. Aiemmat mallit, jotka käsittelivät tätä asiaa, olivat huomattavasti yksinkertaisempia ja yksinkertaisesti ottaneet huomioon turbulenssin likimääräiset vaikutukset.

”Tämä on läpimurtohaku Bardeen-Petersonin vaikutuksestaratkaisee ongelman, joka on ahdistanut astrofysiikoita yli neljän vuosikymmenen ajan ”, kertoo Alexander Chekovsky Pohjois-Länsi-yliopistosta, yksi tutkimuksen tekijöistä.

"Nämä yksityiskohdat ovat lähellä mustaareiät saattavat vaikuttaa merkityksettömiltä, ​​mutta niillä on syvällinen vaikutus siihen, mitä galaksin sisällä tapahtuu. Nämä vaikutukset säätelevät, kuinka nopeasti musta aukko pyörii ja minkä vaikutuksen se vaikuttaa koko galaksiin. "

"Nämä simulaatiot eivät ratkaise vain 40-vuotiaitaarvoitus, mutta myös, toisin kuin yleinen mielipide, osoittaa, että on mahdollista simuloida kirkkaimpia levyn levyjä ottaen huomioon yleinen suhteellisuusteoria. Niinpä olemme luoneet tietä seuraavan sukupolven simulaatioille, joiden avulla voimme ratkaista entistä tärkeämpiä ongelmia kirkkailla pinnoituslevyillä ”, lisää Amsterdamin yliopiston tutkija Matthew Liska.

Miksi tarvitsemme mustia reikiä?

Lähes kaikki tietomme mustista reikistä perustuvattutkimalla niiden akkulaatioita. Ilman näitä kirkkaita kaasurenkaita, pölyä ja muita kuolleiden tähtien jäänteitä, jotka kiertävät mustien reikien ympärillä, tähtitieteilijät eivät voi nähdä mustia reikiä niiden tutkimiseen. Lisäksi mustien reikien kasvua ja pyörimisnopeutta säätävät levityslautat ohjaavat siten, että niiden luonne on ymmärrettävä, jotta ymmärretään, kuinka mustat reiät kehittyvät ja toimivat.

Bardeenin ja Petersonin päivistä nykypäivään astisimulointi oli liian yksinkertainen vahvistamaan levyn sisäosan kohdistus. Tietojenkäsittelyssä tähtitieteilijöillä oli kaksi rajoitusta. Ensinnäkin kävi ilmi, että syvennyslevyt lähestyvät niin lähellä reikää, että ne liikkuvat kaarevassa tilassa, joka putoaa mustaan ​​reikään suurella nopeudella. Lisäksi mustan reiän pyörivä voima saa aikaan tilaa ajan pyörimiseksi sen jälkeen. Molempien keskeisten vaikutusten asianmukainen huomioon ottaminen edellyttää Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa, joka ennustaa, miten esineet vaikuttavat niiden ympärillä olevan avaruusajan geometriaan.

Toiseksi tutkijoiden käytettävissä ei ollutLaskennallisia voimia on riittävästi, jotta voidaan ottaa huomioon magneettiset turbulenssit tai häiriöt, jotka johtuvat levyn sisällä. Nämä häiriöt mahdollistavat levyn hiukkasten tarttumisen yhteen ja pitämään pyöreän muodon, jolloin levyn kaasu voi lopulta uppoaa mustaan ​​reikään.

”Kuvittele, että sinulla on tämä ohut levy. Sinun tehtäväsi on erottaa levyn sisällä olevat turbulenttiset virrat. Se on todella haaste ”, Chekovsky sanoo.

Ilman mahdollisuutta erottaa nämä osat, astrofysiikan ammattilaiset eivät pystyneet todella mallinnamaan realistisia mustia reikiä.

Musta reiän simulointi

Tietokonekoodin kehittäminenMallien kallistettujen akkulaatikkolevyjen mustien reikien ympärille Liska ja Chekovsky käyttivät grafiikkaa (GPU) keskusyksiköiden (CPU) sijasta. Erittäin tehokas tietokonegrafiikan ja kuvankäsittelyn luomisessa grafiikkaprosessorit nopeuttavat kuvien luomista näytöllä. CPU: hun verrattuna ne ovat paljon tehokkaampia laskettaessa algoritmeja, jotka käsittelevät valtavia tietomääriä.

Chekovsky vertaa 1000 hevosen GPU: ta ja CPU: ta, jossa on Ferrari 1000 hevosvoiman moottorilla.

”Kuvittele, että olet siirtymässä uuteen asuntoon. Sinun täytyy matkustaa monta kertaa asunnostasi Ferrariin, koska se ei sovi paljon matkatavaroita. Mutta jos voisit laittaa yhden laatikon jokaiselle tuhannelle hevoselle, olisit voinut kuljettaa kaikki asiat kerralla. Tämä on GPU: n teho. Siinä on monia komponentteja, joista kukin on hitaammin kuin CPU, mutta niitä on paljon, Chekovsky kertoo.

Lisäksi Liska lisää mittauksiinsaHe käyttivät laskennallisen ruudukon adaptiivisen jauhatuksen menetelmää, jossa käytetään dynaamista verkkoa, joka muuttuu ja mukautuu liikkeen virtaukseen koko simulaation ajan. Tämän menetelmän avulla voit säästää energiaa ja tietokoneen resursseja keskittymällä vain tiettyihin ruudukkoihin, joissa todellisuudessa on virtoja.

Tutkijat huomauttavat, ettäGPU: t voivat nopeuttaa simulointia ja adaptiivisen verkon käyttöä - tämän simulaation tarkkuuden lisäämiseksi. Loppujen lopuksi tiedemiehet pystyivät luomaan malleja erittäin ohuista kertymälevyistä, joiden korkeus-säde-suhde oli 0,03. Tällaisen ohuen levyn mallinnus tutkijat pystyivät näkemään mustan reiän lähellä olevan levyn tason yhtälön.

”Ohuimmilla mallinnetuilla levyillä oli korkeus noin 0,05 säteen verran ja kävi ilmi, että mielenkiintoisia asioita tapahtuu vain 0,03: ssa”, Chekovsky sanoo.

Tähtitieteilijät huomauttavat, että jopa tällaisilla ohuilla levyillä mustat reiät emittoivat edelleen voimakkaita hiukkasia ja säteilyä.

</ p>

"Kukaan ei odottanut näkemään tällaisia ​​ohuita levyjäpystyy heittämään suihkut. Kaikki odottivat, että näitä virtoja luovat magneettikentät repäisivät nämä ohuet levyt, ja silti ne ovat edelleen siellä, ja sen ansiosta voimme ratkaista tällaiset havainnolliset arvoitukset ”, Chekovsky sanoo.

Voit keskustella artikkelista Telegram-keskustelussa.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!