شبیه‌سازی بی‌سابقه‌ای که نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها چگونه ماده را می‌بلعند و پس می‌زنند

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی - مناطق مرزی سیاه‌چاله‌ها محیط‌های ناپایداری هستند که تنها محدودیت سرعت حرکت ماده به سمت آنها، تابش شدید ناشی از افق رویداد است. این شرایط شدید منجر به شعله‌ور شدن، فوران و انفجار‌های شدید می‌شود که مدل‌سازی دقیق آنها دشوار است.

در این زمینه، محققان موسسه فلتیرون در ایالات متحده یک مطالعه مدل‌سازی پیشرفته، دقیق‌ترین مطالعه تا به امروز، ارائه دادند که نشان می‌دهد چگونه سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای ماده را می‌بلعند و سپس دوباره آن را با سرعت‌های مختلف پس می‌زنند.

این مطالعه بر شبیه‌سازی‌های پیچیده‌ای متکی بود که فراتر از ساده‌سازی‌های اعمال شده توسط مدل‌های قبلی بود، که در گذشته برای کاهش پیچیدگی محاسباتی ضروری بودند. در عوض، محققان به داده‌های فیزیکی جامع‌تری تکیه کردند که امکان نمایش دقیق‌تری از واقعیت را فراهم می‌کرد.

این تیم با استفاده از دو ابررایانه، مشاهدات جریان‌های برافزایشی اطراف سیاه‌چاله‌ها را با اندازه‌گیری‌های چرخش و میدان‌های مغناطیسی آنها ترکیب کرد تا مدل جدیدی را توسعه دهد که حرکت گاز، نور و مغناطیس اطراف سیاه‌چاله‌هایی که خیلی بزرگتر از خورشید نیستند را به طور دقیق توصیف کند.

لیژونگ ژانگ، اخترفیزیکدان از موسسه فلتیرون، گفت که این مطالعه اولین باری است که مهمترین فرآیند‌های فیزیکی با این سطح از دقت در مدل‌سازی برافزایش ماده در اطراف سیاه‌چاله‌ها گنجانده شده‌اند. او خاطرنشان کرد که این سیستم‌ها آنقدر غیرخطی هستند که حتی یک فرض ساده‌شده می‌تواند نتایج را به شدت تغییر دهد.

نتایج شبیه‌سازی با مشاهدات نجومی انواع مختلف سیستم‌های سیاه‌چاله‌ای مطابقت نشان داد. در حالی که تصویربرداری از سیاه‌چاله‌های فوق‌سنگین امکان‌پذیر شده است، تجزیه و تحلیل نور ساطع شده توسط سیاه‌چاله‌های کوچکتر هنوز برای درک نحوه توزیع انرژی آنها ضروری است.

محققان توضیح دادند که وقتی سیاه‌چاله‌ها مقدار کافی ماده را جذب می‌کنند، دیسک‌های برافزایشی ضخیمی تشکیل می‌دهند که مقدار زیادی تابش را جذب می‌کنند و سپس انرژی را به شکل جت‌ها و فواره‌های قدرتمند آزاد می‌کنند.

این شبیه‌سازی همچنین تشکیل یک قیف باریک را نشان داد که ماده را با سرعت بسیار زیادی می‌بلعد و پرتویی از تابش تولید می‌کند که فقط از زوایای دید خاص قابل تشخیص است. این موضوع، تفاوت در مشاهدات نجومی از یک سیستم به سیستم دیگر را توضیح می‌دهد.

این مطالعه همچنین نشان داد که میدان مغناطیسی اطراف نقش محوری در تنظیم رفتار یک سیاه‌چاله ایفا می‌کند. این میدان به هدایت جریان گاز به سمت افق رویداد و سپس پرتاب آن به صورت جت‌ها و جت‌ها کمک می‌کند.

ژانگ توضیح داد که الگوریتم مورد استفاده در این مطالعه در حال حاضر تنها الگوریتمی است که با تابش طبق قوانین نسبیت عام، همانطور که در واقعیت رخ می‌دهد، سروکار دارد و به نتایج آن قابلیت اطمینان بالایی می‌دهد.

این شبیه‌سازی بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، همراه با مدل‌های فیزیکی دقیقی است که رفتار پلاسمای گاز، میدان‌های مغناطیسی و برهمکنش نور با ماده را در فضازمان خمیده توصیف می‌کنند.

در مرحله بعدی، محققان قصد دارند کاربرد این مدل‌ها را در مورد انواع دیگر سیاه‌چاله‌ها، از جمله سیاه‌چاله فوق‌سنگین Sagittarius A* در مرکز کهکشان راه شیری، آزمایش کنند.

این مطالعه در مجله اخترفیزیک منتشر شده است.

منبع: Science Alert