Kırk yıl! Kara delik yığılma diski teorisinin tahmini nihayet insanlar tarafından onaylandı
Kara delikler, evrendeki en muhteşem ve gizemli güçlerden biridir. Başlangıçta Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin edilen, olağanüstü güçlü yerçekimine sahip tekilliklerdir ve uzay-zamandaki bu noktalar, kütlesel bir yıldızın ömrünün sonunda kütleçekimsel çöküş meydana geldiğinde oluşur. On yıllarca süren araştırma ve gözlemlere rağmen, insanların bu fenomen hakkında hala çok az şey bildiklerini, hatta hiçbir şey bilmediklerini kabul etmeliyiz!
Örneğin, bilim adamları, bir kara deliğin yörüngesine düşen ve yavaş yavaş kara deliğe eklenen maddenin davranışından (yani yığılma diskinden) hâlâ büyük ölçüde habersizler. Ancak yakın zamanda yapılan bir çalışmada, uluslararası bir araştırma ekibi şimdiye kadarki en ayrıntılı bir kara deliğin simülasyonunu gerçekleştirdi ve toplama diski hakkında birçok teorik tahmin sonunda doğrulandı! Teori nedir? Hadi bir bakalım!
Bu teorinin, 1975 yılında James Bardeen ve Jacobus Petterson tarafından önerilen ve dönen bir kara deliğin eğimli bir yığılma diskinin içini oluşturacağını öne süren bir teori olduğu anlaşılmaktadır. Alan, karadeliğin ekvator düzlemi ile hizalanmıştır Basitçe, bizim perspektifimizden, yığılma diskinin dış alanı eğik kalacaktır, ancak iç alanı kara deliğin ekvatoru ile hizalanacaktır!
Tomurcuklanma ve Paterson teorilerini önerdiğinden beri, kara delik simülasyonu, bu düzenlemenin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirlemelerini engelleyen birçok sorunla boğuşmuştur. Çünkü toplanma diskleri ufka yaklaştığında şaşırtıcı bir hızla hızlanacak ve çarpık zaman ve uzay alanından geçeceklerdir. Ancak işler o kadar basit değil. Çünkü kara deliğin dönüşü, uzay-zamanı onun etrafında dönmeye zorlar. Bu konuların her ikisi de astrofizikçilerin genel göreliliğin etkilerini göz önünde bulundurmasını gerektirir, ancak yine de manyetik türbülans sorunu vardır. Bu türbülans, diskteki parçacıkların bir daire şeklinde toplanmasına ve sonunda kara deliğin yüzeyinde toplanmasına neden olur. Şimdiye kadar, astrofizikçiler tüm bunları açıklayacak hesaplama gücüne sahip değillerdi.
Ekip, GR ve manyetik türbülansı simüle edebilen güçlü bir kod geliştirmek için bir grafik işleme birimine (gpu) dayalı bir kod geliştirdi. Geleneksel merkezi işlem birimleri (cpu) ile karşılaştırıldığında, GPU'lar büyük miktarda veriyi işlemek için görüntü işleme ve hesaplama algoritmalarında daha verimlidir. Ekip, yalnızca hareket eden ve buna göre ayarlanan belirli bloklara odaklanarak enerji tasarrufu sağlayan uyarlanabilir ağ iyileştirme adı verilen bir yöntemi benimsedi. Uzmanlar, farkı göstermek için, GPU'ları ve CPU'ları 1.000 beygir ve 1.000 beygir gücündeki Ferrari'lerle karşılaştırıyor: yeni bir daireye taşınmanız gerektiğini varsayalım. 1000 beygir gücündeki Ferrari yerine 1000 ata ihtiyacınız olabilir. Her atın üzerine bir kutu koyabilirseniz, her şeyi aynı anda hareket ettirebilirsiniz. Benzer şekilde, GPU'nun birçok öğesi vardır ve her öğe CPU'daki öğelerden daha yavaştır, ancak bunlar çok fazladır. Yani verimlilikleri hala CPU'dan daha hızlı!
Kırk yıl! Bu teori nihayet doğrulandı! Bu teoriyi doğrulayan araştırma ekibi, Amsterdam Üniversitesi'ndeki Anton Pannekoek Astronomi Enstitüsü, Northwestern Üniversitesi'ndeki Disiplinler Arası Astrofizik Araştırma Merkezi (CIERA) ve Oxford Üniversitesi'nden hesaplamalı astrofizikçilerden oluşuyordu. Araştırma ekibi bulgularında, Bardean-Petterson Etkisini ilk kez doğruladı. Elbette araştırmacıların kara delikler hakkında bildiği her şey, toplama diskleri çalışılarak elde edilir. Bu parlak gaz ve toz halkaları olmadan, bilim adamlarının kara delikler bulması pek olası değildir. Ek olarak, bir kara deliğin büyüme ve dönme hızı, birikme diskine de bağlıdır, bu da kara deliklerin evrimini ve davranışını anlamak için onları incelemeyi gerekli kılar.
Son olarak, ekip, Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi Ulusal Süper Bilgisayar Uygulama Merkezi'nde Blue Waters süper bilgisayarını kullanarak simülasyonlar gerçekleştirdi. Diskin dış alanı düz olsa da, iç alanın kara deliğin ekvatoru ile hizalı olacağını ve pürüzsüz bir meridyenin onları birbirine bağlayacağını buldular.
Kara delikler ve birikim diskleri hakkında uzun süredir devam eden tartışmaya son vermenin yanı sıra, bu çalışma aynı zamanda astrofiziğin Badin ve Paterson günlerinden beri büyük ilerlemeler kaydettiğini de gösteriyor. Bu simülasyonlar sadece 40 yıllık bir problemi çözmekle kalmıyor, aynı zamanda tipik fikirlerin aksine, genel görelilikte bir kara deliğin birikim diskini simüle etmemizin mümkün olduğunu da gösteriyor. Bu, yeni nesil simülasyonun yolunu açıyor.
En takdire şayan şey, araştırma ekibinin, biriktirme diskini benzeri görülmemiş bir seviyeye kadar incelterek ve toplama diskine neden olan mıknatıslanma bozukluğunu hesaba katarak uzun süredir devam eden Baden-Patterson etkisi gizemini çözmesidir. Önceki simülasyonlar, yalnızca türbülansın etkilerine yaklaşılarak önemli ölçüde basitleştirilmiştir. Daha da önemlisi, önceki simülasyonlar, minimum yükseklik / yarıçap oranı 0,05 olan ince bir disk kullanıyordu. Araştırmacı Chekhovskoy ve meslektaşları tarafından gözlemlenen en ilginç etki, diskin değişmesidir. 0,03 kadar incedir. Araştırma ekibi, son derece ince toplama disklerinde bile, kara deliklerin ışık hızının çok altında parçacıklar ve radyasyon yaydığını keşfetti.
Bilim adamları, bunun oldukça beklenmedik bir keşif olduğunu söylemekten heyecan duyuyorlar ve hiç kimse bu ince disklerin jet üretmesini beklemiyordu. Bu jetleri oluşturan manyetik alanın bu çok ince disklere nüfuz edeceği düşünülmektedir. Bu keşif, gözlemin gizemini çözmemize yardımcı oldu!
