Naučnici uspeli su da pokažu šta se dešava na ivici crne rupe

Prva fotografija prikazivala je supermasivnu crnu rupu u centru galaksije Mesije 87, udaljene 55 miliona svetlosnih godina od Zemlje. Nakon toga usledile su slike relativističkih mlazeva iz dve svetle galaksije, kao i Sagitarijusa A*, supermasivne crne rupe u centru Mlečnog puta.

U međuvremenu, naučnici iz EHT kolaboracije koriste superračunare kako bi bolje razumeli okruženje neposredno izvan horizont događaja, spoljne granice crne rupe.

Simulacije na superračunarima

Tim koji predvodi Endru Čeil, istraživač sa Prinstona i član Princeton Gravity Initiative, sproveo je simulacije crne rupe u M87 koristeći superračunare Stampede2 i Stampede3 na Teksaškom centru za napredno računanje (TACC). Rezultat simulacija je slika koja prikazuje kako se svetlost vrelih elektrona spiralno kreće odmah izvan „senke“ crne rupe.

Čeilov istraživački tim je među mnogima koji koriste napredne simulacije da bi modelovali dinamiku senki crnih rupa, uključujući ponašanje visokoenergetskog plazma gasa, magnetna polja i ogromnu gravitaciju. Sve te sile zajedno omogućavaju crnim rupama da privlače materiju, oslobađaju ogromne količine zračenja i stvaraju relativističke mlazove koji mogu da se protegnu milionima svetlosnih godina.

Nova otkrića o temperaturi elektrona i protona

U simulacijama je korišćeno 11 modela opšte relativističke magnetohidrodinamike (GRMHD), koji posmatraju plazmu kao fluid pod uticajem gravitacije i magnetnih polja.

Čeil i njegov tim napravili su korak dalje od tradicionalnih modela koji elektrone i protone tretiraju kao jednu celinu. Njihov kod omogućio je da se proučavaju odvojeno, pa su otkrili da su elektroni oko M87 znatno topliji nego što se ranije mislilo i do stotinu puta hladniji od protona.

Ova razlika u temperaturi ključna je, jer upravo ona utiče na osvetljenost i druge osobine slike crne rupe.

Crna rupa koja se menja kroz vreme

Čeilov tim planira da svoj kod primeni na nove EHT podatke o M87 i napravi video koji bi pratio promene crne rupe kroz vreme.

Njihova ranija studija iz januara, sprovedena pomoću superračunara Stampede2 i Jetstream, pokazala je da iako veličina i struktura „senke“ crne rupe ostaju stabilne, na njoj ipak dolazi do promena. Najsjajnija tačka na fotonskom prstenu pomera se kroz vreme, usled haotičnih procesa u dinamičnom plazma okruženju blizu horizonta događaja. Kako se pojedini regioni plazme zagrevaju i hlade, izgled crne rupe se postepeno menja.

Snaga simulacija

„Crne rupe su izuzetno komplikovana okruženja. Najbolje oruđe koje imamo su superračunarske simulacije. Neverovatno je da smo uspeli da razvijemo tehnologiju i kodove koji nam omogućavaju da tačno modelujemo ono što se dešava u ovako čudnim i složenim sistemima“, rekao je Čeil.

„Simulacije nam daju sigurnost da uzimamo u obzir sve efekte, čak i kada oni deluju nepredvidivo i međusobno se prepliću.“