Részletesebb modellek: a gravitációtól a sugárzásig
A fekete lyukak extrém gravitációja meggörbíti a téridőt, ezért minden élethű modellezéshez elengedhetetlen az általános relativitás beépítése. Mindazonáltal önmagában a gravitáció nem elég: amikor nagy mennyiségű anyag zuhan a fekete lyukba, hatalmas energia szabadul fel sugárzás formájában is. Ennek pontos lekövetése, valamint annak vizsgálata, miként lép kölcsönhatásba a sugárzás az anyaggal a görbült téridőben, alapvető, hogy értsük, mit látunk valójában a távcsövekkel.
Korábban a szimulációk csupán a folyamatok egy részét tudták számolni, rengeteg feltételezést tettek a számítási igények miatt. A kutatók által kidolgozott új algoritmus azonban minden eddiginél pontosabb, leegyszerűsítések nélküli számításokat tesz lehetővé, így a valósághoz közeli képet kaphatunk a fekete lyukak környezetéről.
Csillagtömegű fekete lyukak vizsgálata
A mostani tanulmány főként olyan fekete lyukakat vizsgál, amelyek tömege nagyjából tízszerese a Napénak. Ezek sokkal kisebbek, mint például a Tejútrendszer közepén található Sgr A*, de különleges előnyt kínálnak: míg a szupermasszív fekete lyukakról fényképet készíthetünk, a csillagtömegű fekete lyukak csak apró fényforrásként tűnnek fel. Mivel ezek gyors, akár órák alatt lejátszódó változásokon mennek át, a kutatók valós időben, pillanatról pillanatra követhetik a körülöttük zajló eseményeket.
A szimulációk megmutatták, hogyan spirálozik be az anyag, miként alakul ki a sugárzás uralta, turbulens akkréciós korong, sőt, még az erős kiáramló szelek és időnként hatalmas anyagnyalábok képződése is megjelent a modellekben. Különösen fontos: a keletkező fény spektruma gyakorlatilag megegyezett a megfigyelésekkel, így a jövőbeli, kevésbé részletes adatokat is megbízhatóbban lehet majd értelmezni.
Szuperszámítógépek a csúcstechnológiás modellezésben
A szimulációkhoz olyan gépeket használtak, mint a Frontier (Oak Ridge) és az Aurora (Argonne), amelyek együttesen akár másodpercenként 1 kvintillió műveletre képesek, és több ezer négyzetmétert foglalnak el. Az üzemóránként közel 2 millió forintos költségű gépeken egy komplex matematikai és szoftveres keretrendszert dolgoztak ki, amelyet kifejezetten ezekhez az exaszintű rendszerekhez optimalizáltak.
Később a kutatók minden típusú fekete lyukra ki akarják terjeszteni a módszert, beleértve a galaxisokat formáló szupermasszív fekete lyukakat is. A következő lépés annak pontosabb modellezése, hogy a sugárzás miként befolyásolja az anyagot széles hőmérséklet- és sűrűségtartományban.
Mindebből látszik, hogy a megoldás közelebb volt, mint bárki hitte, és az új szimulációk látványosan közelebb visznek minket a fekete lyukak megértéséhez, mint valaha.
