Dzięki pierwszym symulacjom przeprowadzonym na superkomputerze naukowcy zrozumieli jedno z najbardziej tajemniczych zjawisk - zachowanie relatywistycznych dżetów pochodzących z czarnych dziur.
Zaawansowane symulacje pokazują, że strumienie strumieniowe stopniowo zmieniają kierunek na niebie, dzięki czemu czasoprzestrzeń zostaje wciągnięta w obrót czarnej dziury. To zachowanie jest zgodne z przewidywaniami Alberta Einsteina o ekstremalnej grawitacji w pobliżu obracających się czarnych dziur.
Zrozumienie procesu obracania się czarnych dziur i zniekształcenia czasoprzestrzeni wokół nich jest wciąż mglistą zagadką. Ale superkomputer stopniowo przybliża nas do odpowiedzi.
Szybko obracające się czarne dziury nie tylko absorbują materię, ale także uwalniają energię w postaci relatywistycznych dżetów. Gaz i pola magnetyczne wchodzące do otworu obracają się, tworząc dysk - splątane linie pola magnetycznego i gorący gaz. Czarna dziura pochłania ten astronomiczny bulion, pozostawiając linie pola magnetycznego. To przekształca czarną dziurę w wyrzutnię, z której energia w postaci relatywistycznych odrzutów wyrywa się w przestrzeń.
Wydane odrzutowce są znacznie łatwiejsze do nauki niż same czarne dziury. Badanie to pozwala nam zrozumieć, jak szybko zmienia się kierunek strumienia, a także zrozumieć kierunkowość i parametry wirującego dysku.
Wczesne modele koncentrowały się na wypoziomowanych dyskach. W rzeczywistości są one umieszczone pod kątem (dysk obraca się wokół oddzielnej osi od czarnej dziury). Badanie potwierdza, że po przechyleniu dyski zmieniają kierunek względem czarnej dziury.
Wcześniej nie można było znaleźć wstępnych dżetów, ponieważ stworzenie modelu 3D obszaru wokół szybko obracającej się czarnej dziury wymaga ogromnej mocy obliczeniowej. Dlatego musiałem napisać pierwszy kod symulacji czarnej dziury przyspieszany przez procesory graficzne. W rezultacie naukowcy byli w stanie przetestować symulacje na jednym z największych superkomputerów na świecie, Blue Waters.
Wysoka rozdzielczość umożliwiła po raz pierwszy sprawdzenie, czy turbulentny ruch dysku w małej skali został naprawiony w modelach. Co zaskakujące, ruchy były tak silne, że zmusiły dysk do tuczenia i precesja ustała.
Porównanie symulacji o niskiej rozdzielczości (po lewej) i wysokiej wodzie niebieskiej (po prawej). Drugi model pokazuje, że precesja i wyrównanie zwalniają z powodu rozszerzania się dysku z powodu turbulencji magnetycznej
Akrecja czarnej dziury jest niezwykle złożonym systemem przypominającym huragan. Ale proces idzie tak daleko, że nie możemy rozważyć tego. Dlatego symulacje pozwalają na znacznie lepsze zrozumienie zachowania czarnych dziur.
Wyniki symulacji wpłyną na dalsze badania związane z wirującymi czarnymi dziurami. Pomoże to również zrozumieć fale grawitacyjne wytwarzane przez wpływ gwiazd neutronowych i fajerwerków elektromagnetycznych. Obliczenia wpłyną również na interpretację obserwacji teleskopu Event Horizon rejestrującego cień supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki.
Ponadto precesja dżetów była w stanie wyjaśnić oscylacje intensywnego światła, które pojawia się z powodu czarnych dziur. Mówimy o oscylacjach quasi-okresowych. Po raz pierwszy zostały zauważone w 1985 roku.
