หลุมดำเป็นแหล่งความหลงใหลไม่รู้จบนับตั้งแต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ทำนายการมีอยู่ของพวกเขา ในรอบ 100 ปีที่ผ่านมาการศึกษาหลุมดำนั้นก้าวหน้าไปมาก แต่ความกลัวและความลึกลับของวัตถุเหล่านี้ยังคงอยู่ ยกตัวอย่างเช่นนักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งข้อสังเกตว่าในบางกรณีหลุมดำมีไอพ่นขนาดใหญ่ของอนุภาคประจุไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากพวกมันซึ่งขยายออกไปหลายล้านปีแสง
"ไอพ่นสัมพัทธภาพ" เหล่านี้ได้รับการกล่าวขานว่าเพราะพวกมันขับเคลื่อนอนุภาคที่มีประจุที่ความเร็วแสงซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์งงงวยมานานหลายปี แต่ต้องขอบคุณการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ดำเนินการโดยทีมนักวิจัยระดับนานาชาติทำให้ได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนักวิจัยแสดงให้เห็นว่าเครื่องบินไอพ่นเหล่านี้ค่อย ๆ precess (เช่นเปลี่ยนทิศทาง) อันเป็นผลมาจากเวลา - อวกาศถูกลากเข้าสู่การหมุนของหลุมดำ
การศึกษาของพวกเขาที่ชื่อว่า“ การก่อตัวของเจ็ตพรีเซสชั่นโดยแผ่นหลุมดำเอียงในแบบจำลอง MHD Relativistic General MHD 3D” เมื่อเร็ว ๆ นี้ปรากฏตัวใน ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์. ทีมประกอบด้วยสมาชิกจากศูนย์การสำรวจสหวิทยาการและการวิจัยในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (CIERA) ที่ Northwestern University
เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขาทีมได้ทำการจำลองโดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Blue Waters ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ การจำลองที่พวกเขาทำนั้นเป็นครั้งแรกที่จำลองพฤติกรรมของไอพ่นสัมพัทธภาพที่มาจากหลุมดำมวลมหาศาล (SMBHs) ด้วยการคำนวณที่ใกล้เคียงกับเซลล์นับพันล้านมันก็เป็นการจำลองที่มีความละเอียดสูงสุดของหลุมดำที่เคยมีมา
ในฐานะที่เป็น Alexander Tchekhovskoy ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่วิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ Weinberg ของนอร์ทเวสเทิร์นได้อธิบายไว้ในการแถลงข่าวล่าสุดของนอร์ทเวสเทิร์น Now:
“ การทำความเข้าใจว่าการหมุนของหลุมดำลากเวลาว่างรอบตัวพวกมันอย่างไรและกระบวนการนี้ส่งผลต่อสิ่งที่เราเห็นผ่านทางกล้องโทรทรรศน์ยังคงเป็นปริศนาที่สำคัญและยากต่อการถอดรหัส โชคดีที่ความก้าวหน้าในการพัฒนาโค้ดและกระโดดในสถาปัตยกรรมซุปเปอร์คอมพิวเตอร์กำลังนำเราเข้าใกล้การค้นหาคำตอบ”
เช่นเดียวกับหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีการหมุนอย่างรวดเร็วของ SMBH อย่างไรก็ตามหลุมดำที่หมุนอย่างรวดเร็วนั้นเป็นที่รู้จักในเรื่องที่ปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบของไอพ่นสัมพัทธ์ เรื่องที่ดึงหลุมดำเหล่านี้ก่อให้เกิดดิสก์หมุนรอบตัวพวกมัน - ดิสก์สะสมมวลสาร - ซึ่งมีลักษณะเป็นก๊าซร้อนและพลังงานสนามแม่เหล็ก
มันคือการปรากฏตัวของเส้นสนามเหล่านี้ที่ช่วยให้หลุมดำเพื่อขับเคลื่อนพลังงานในรูปแบบของไอพ่นเหล่านี้ เนื่องจากเครื่องบินไอพ่นเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากจึงง่ายต่อการศึกษามากกว่าหลุมดำ ในการทำเช่นนั้นนักดาราศาสตร์สามารถเข้าใจได้ว่าทิศทางของไอพ่นเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปเร็วเพียงใดซึ่งเผยให้เห็นสิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับการหมุนของหลุมดำด้วยตนเอง - เช่นการวางแนวและขนาดของดิสก์หมุน
การจำลองคอมพิวเตอร์ขั้นสูงมีความจำเป็นเมื่อพูดถึงการศึกษาหลุมดำส่วนใหญ่เป็นเพราะพวกมันไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในแสงที่มองเห็นและมักจะอยู่ไกลมาก ตัวอย่างเช่น SMBH สู่โลกที่ใกล้ที่สุดคือราศีธนู A * ซึ่งอยู่ห่างออกไป 26,000 ปีแสงที่ใจกลางกาแลคซีของเรา ดังนั้นการจำลองเป็นวิธีเดียวที่จะกำหนดว่าระบบที่ซับซ้อนอย่างเช่นหลุมดำทำงานอย่างไร
ในการจำลองก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการภายใต้สมมติฐานที่ว่าดิสก์หลุมดำอยู่ในแนวเดียวกัน อย่างไรก็ตามพบว่า SMBHs ส่วนใหญ่มีดิสก์เอียง - นั่นคือดิสก์หมุนรอบแกนที่แยกจากกันมากกว่าหลุมดำเอง การศึกษาครั้งนี้จึงเป็นน้ำเชื้อในการที่มันแสดงให้เห็นว่าดิสก์สามารถเปลี่ยนทิศทางเมื่อเทียบกับหลุมดำของพวกเขานำไปสู่เจ็ตส์ precessing ที่เปลี่ยนทิศทางของพวกเขาเป็นระยะ
ก่อนหน้านี้ไม่เป็นที่รู้จักเนื่องจากพลังการประมวลผลจำนวนมหาศาลที่จำเป็นในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของพื้นที่โดยรอบหลุมดำที่หมุนอย่างรวดเร็ว ด้วยการสนับสนุนของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) ทำให้ทีมสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้โดยใช้ Blue Waters หนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
ด้วยซุปเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ทีมของพวกเขาสามารถสร้างรหัสการจำลองหลุมดำแห่งแรกซึ่งพวกเขาเร่งความเร็วโดยใช้หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ด้วยชุดค่าผสมนี้ทีมสามารถจำลองสถานการณ์ที่มีความละเอียดสูงสุดเท่าที่เคยมีมา - นั่นคือใกล้กับเซลล์การคำนวณนับพันล้านครั้ง ในฐานะที่เป็น Tchekhovskoy อธิบาย:
“ ความละเอียดสูงช่วยให้เราเป็นครั้งแรกเพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวของดิสก์ที่มีขนาดเล็กปั่นป่วนนั้นได้รับการบันทึกอย่างแม่นยำในรุ่นของเรา ด้วยความประหลาดใจของเราการเคลื่อนไหวเหล่านี้มีความแข็งแกร่งมากจนทำให้ดิสก์นั้นอ้วนขึ้นและการหยุดการทำงานของดิสก์ล่วงหน้า นี่แสดงให้เห็นว่า precession สามารถเกิดขึ้นได้ในการปะทุ”
precession ของไอพ่นสัมพัทธ์สามารถอธิบายได้ว่าทำไมความผันผวนของแสงได้รับการสังเกตมาจากรอบหลุมดำในอดีต - ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในนามการแกว่งเสมือนเป็นระยะ (QPOs) คานเหล่านี้ซึ่งถูกค้นพบครั้งแรกโดย Michiel van der Klis (หนึ่งในผู้เขียนร่วมในการศึกษา) ทำงานในลักษณะเดียวกับคานของควาซาร์ซึ่งดูเหมือนจะมีผลกระทบ
การศึกษาครั้งนี้เป็นหนึ่งในหลาย ๆ ที่กำลังดำเนินการเกี่ยวกับการหมุนรอบหลุมดำทั่วโลกซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการค้นพบล่าสุดเช่นคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเกิดจากการควบรวมของหลุมดำ การศึกษาเหล่านี้ยังถูกนำไปใช้กับการสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งจับภาพเงาของราศีธนู A * สิ่งที่พวกเขาจะเปิดเผยคือทำให้ตื่นเต้นและประหลาดใจและอาจทำให้ความลึกลับของหลุมดำลึกลงไป
ในศตวรรษที่ผ่านมาการศึกษาหลุมดำนั้นมีความก้าวหน้าอย่างมากตั้งแต่ในเชิงทฤษฎีไปจนถึงการศึกษาทางอ้อมเกี่ยวกับผลกระทบที่มีต่อวัตถุรอบตัวไปจนถึงการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง บางทีวันหนึ่งเราอาจศึกษาพวกเขาโดยตรงหรือ (ถ้าไม่หวังมากเกินไป) เพียร์ข้างในพวกเขา!
