Dankzij de eerste simulaties die op een supercomputer zijn uitgevoerd, hebben wetenschappers een nieuw inzicht gekregen in een van de meest mysterieuze verschijnselen: het gedrag van relativistische stralen uit zwarte gaten.
Geavanceerde simulaties laten zien dat jetstreams geleidelijk van richting veranderen in de lucht, waardoor ruimte-tijd wordt getrokken in de rotatie van een zwart gat. Dit gedrag komt overeen met de voorspellingen van Albert Einstein over extreme zwaartekracht bij roterende zwarte gaten.
Het begrijpen van het rotatieproces van zwarte gaten en de vervorming van de ruimte-tijd om hen heen is nog steeds een vage puzzel. Maar de supercomputer brengt ons geleidelijk dichter bij het antwoord.
Snel roterende zwarte gaten absorberen niet alleen materie, maar geven ook energie vrij in de vorm van relativistische stralen. Het gas en de magnetische velden die het gat binnenkomen roteren om een schijfverstrengelde magnetische veldlijnen en heet gas te vormen. Het zwarte gat neemt deze astronomische bouillon op en laat magnetische veldlijnen achter. Dit transformeert een zwart gat in een lanceerplatform, waaruit energie in de vorm van relativistische stralen de ruimte in breekt.
Vrijgegeven stralen zijn veel gemakkelijker te bestuderen dan zwarte gaten zelf. Deze studie laat ons begrijpen hoe snel de richting van de jet verandert en begrijpt ook de richting en parameters van de draaiende schijf.
Vroege modellen geconcentreerd op genivelleerde schijven. In werkelijkheid bevinden ze zich onder een hoek (de schijf draait rond een afzonderlijke as van het zwarte gat). De studie bevestigt dat de schijven bij het kantelen van richting veranderen ten opzichte van het zwarte gat.
Voorheen konden de precessing-jets niet worden gevonden, omdat het maken van een 3D-model van het gebied rond een snel roterend zwart gat enorme rekenkracht vereist. Daarom moest ik de eerste code schrijven van de black hole-simulatie versneld door grafische processors. Als gevolg hiervan konden wetenschappers simulaties testen op een van de grootste supercomputers ter wereld, Blue Waters.
De hoge resolutie maakte het voor het eerst mogelijk om te verifiëren dat de kleinschalige turbulente beweging van de schijf in de modellen was opgelost. Verrassend genoeg waren de bewegingen zo sterk dat ze de schijf dwongen te mesten en de precessie stopte.
Vergelijking van lage resolutie simulatie (links) en Blue Waters hoog (rechts). Het tweede model laat zien dat precessie en uitlijning vertragen vanwege schijfuitbreiding als gevolg van magnetische turbulentie
De accretie van zwart gat is een ongelooflijk complex systeem dat lijkt op een orkaan. Maar het proces gaat zo ver dat we niet kunnen overwegen om het te doen. Daarom laten simulaties een veel duidelijker begrip van het gedrag van zwarte gaten toe.
De simulatieresultaten zullen van invloed zijn op verder onderzoek met betrekking tot roterende zwarte gaten. Het zal ook helpen om de zwaartekrachtsgolven te begrijpen die ontstaan door de impact van neutronensterren en elektromagnetisch vuurwerk. De berekeningen zullen ook van invloed zijn op de interpretatie van de observatie van de Event Horizon Telescope die de schaduw van een superzwaar zwart gat in het galactische centrum registreert.
Bovendien kon de precessie van de jets de schommelingen van het intense licht verklaren dat optreedt als gevolg van zwarte gaten. We hebben het over quasi-periodieke oscillaties. Voor het eerst werden ze opgemerkt in 1985.
