Tim astrofizičara s Caltecha prvi je put uspio simulirati putovanje primordijalnog plina iz ranog svemira do stadija kada postaje dio diska materijala koji hrani supermasivnu crnu rupu. Ova nova računalna simulacija ruši dugogodišnje ideje o tim diskovima, otvarajući put za nova otkrića o rastu i evoluciji crnih rupa i galaksija.
“Naša nova simulacija rezultat je nekoliko godina rada dviju velikih kolaboracija započetih ovdje na Caltechu,” rekao je Phil Hopkins, profesor teorijske astrofizike.
Inovativni pristupi u astrofizici
Prva kolaboracija, nazvana FIRE (Feedback in Realistic Environments), usmjerena je na veće skale u svemiru, istražujući kako galaksije nastaju i što se događa kada se sudaraju. Druga kolaboracija, STARFORGE, fokusirala se na manje skale, uključujući formiranje zvijezda u pojedinačnim oblacima plina.
“Ipak, između te dvije skale postojala je velika praznina,” objašnjava Hopkins. “Sada smo prvi put premostili tu prazninu.”
Da bi to postigli, istraživači su morali izraditi simulaciju s rezolucijom više od 1.000 puta većom od prethodnih najboljih simulacija u tom području.
Nova otkrića o ulozi magnetskih polja
Iznenađujuće, simulacija je otkrila da magnetska polja igraju mnogo veću ulogu nego što se prije mislilo u formiranju i oblikovanju ogromnih diskova materijala koji se vrte oko supermasivnih crnih rupa.
“Naše teorije sugerirale su da diskovi trebaju biti ravni poput palačinki,” kaže Hopkins. “Ali znali smo da to nije točno jer opažanja pokazuju da su diskovi zapravo pahuljasti. Naša simulacija pomogla nam je razumjeti da magnetska polja podupiru materijal diska, čineći ga pahuljastijim.”
Vizualizacija aktivnosti oko supermasivnih crnih rupa
U novoj simulaciji, istraživači su koristili “super zoom-in” na jednu supermasivnu crnu rupu, objekt koji se nalazi u srcu mnogih galaksija, uključujući našu Mliječnu stazu. Ovi objekti, koji sadrže od tisuća do milijardi puta veću masu od Sunca, imaju ogroman utjecaj na sve što im se približi.
Astronomi već desetljećima znaju da, kako plin i prašina budu privučeni ogromnom gravitacijom ovih crnih rupa, materijal prvo formira brzo vrteći disk zvan akrecijski disk. Dok materijal pada unutra, emitira ogromnu količinu energije, sjajeći sjajem neusporedivim s gotovo bilo čim u svemiru. Ipak, mnogo toga još uvijek nije poznato o ovim aktivnim supermasivnim crnim rupama, zvanim kvazari, i kako se diskovi koji ih hrane formiraju i ponašaju.
Izgradnja simulacije koja obuhvaća više skala
Da bi vizualizirali što se događa oko ovih aktivnijih i udaljenijih crnih rupa, astrofizičari se okreću superračunalnim simulacijama. Unose informacije o fizici koja djeluje u ovim galaktičkim postavkama u tisuće računalnih procesora koji rade paralelno.
Ovaj proces uključuje mnoge algoritme koje računala slijede kako bi rekreirala složene pojave. Na primjer, računala znaju da kada plin postane dovoljno gust, formira se zvijezda. Ali proces nije tako jednostavan.
“Zvijezde imaju mnoge utjecaje na svoju okolinu,” objašnjava Hopkins. “Emitiraju zračenje koje može zagrijati ili potisnuti okolni plin. Proizvode zvjezdane vjetrove, slično solarnom vjetru, koji mogu otpuhati materijal. Također, eksplodiraju kao supernove, ponekad izbacujući materijal izvan galaksija ili mijenjajući kemijski sastav okolnog prostora.”
Magnetski diskovi
“U našoj simulaciji vidimo kako se akrecijski disk formira oko crne rupe,” kaže Hopkins. “Bili bismo vrlo uzbuđeni da smo samo vidjeli taj akrecijski disk, ali ono što je bilo vrlo iznenađujuće je da simulirani disk ne izgleda onako kako smo mislili desetljećima da bi trebao izgledati.”
Nova simulacija pokazala je da je pritisak iz magnetskih polja diskova zapravo 10.000 puta veći od pritiska iz topline plina.
“Tako da su diskovi gotovo potpuno kontrolirani magnetskim poljima,” kaže Hopkins. “Magnetska polja podupiru diskove i čine materijal ‘pahuljastim’.”
Ova spoznaja mijenja niz predviđanja koja znanstvenici mogu napraviti o akrecijskim diskovima, uključujući njihovu masu, gustoću, debljinu, brzinu kretanja materijala u crnu rupu i čak njihovu geometriju.
Hopkins se nada da će nova sposobnost premošćivanja razlika u skalama za kozmološke simulacije otvoriti mnoge nove puteve istraživanja. Na primjer, što se događa kada se dvije galaksije spoje? Kakve vrste zvijezda se formiraju u gustim područjima galaksija? Kako je izgledala prva generacija zvijezda u svemiru? “Toliko toga treba istražiti,” zaključuje Hopkins
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
