חורים שחורים הם אחד הכוחות המדהימים והמסתוריים ביקום. נקודות שחזה במקור על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, נוצרות כאשר כוכבים מאסיביים עוברים התמוטטות כבידה בסוף חייהם. למרות עשרות שנות מחקר והתבוננות, עדיין אין הרבה דברים שאנחנו לא יודעים על תופעה זו.
לדוגמה, מדענים עדיין נמצאים במידה רבה בחושך לגבי אופן התנהגות החומר שנמצא במסלול סביב חור שחור ומוזנים אליו בהדרגה (דיסקי קרבה). הודות למחקר שנערך לאחרונה, בו צוות חוקרים בינלאומי ביצע את ההדמיות המפורטות ביותר של חור שחור עד כה, סוף סוף קיבלו תוקף של מספר תחזיות תיאורטיות בנוגע לדיסקים.
הצוות כלל מורכבים מאסטרופיסיקאים חישוביים ממכון אנטון פנקואק לאוניברסיטת אמסטרדם באוניברסיטת אמסטרדם, המרכז לחקר ומחקר בינתחומי באוניברסיטת אמסטרדם באוניברסיטת אמסטרדם (CIERA) ואוניברסיטת אוקספורד. ממצאי המחקר שלהם הופיעו בגיליון ה- 5 ביוני של כתב העת הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה.
בין הממצאים שלהם, הצוות אישר תיאוריה שהוצגה במקור בשנת 1975 על ידי ג'יימס ברדן וג'ייקובוס פטרסון, שזכה לכינוי אפקט ברדן-פטרסון. בהתאם לתיאוריה זו, הצוות מצא כי בעוד שהאזור החיצוני של דיסק ההקרדה יישאר מוטה, האזור הפנימי של הדיסק יתיישר עם קו המשווה של החור השחור שלו.
במילים פשוטות, כמעט כל מה שחוקרים יודעים על חורים שחורים נלמדו על ידי חקר דיסקי ההקרבה. ללא הטבעות הבהירות הללו של גז ואבק, אין זה סביר שמדענים יוכלו לאתר חורים שחורים. יתרה מזאת, צמיחת החור השחור ומהירות הסיבוב שלו תלויים גם בדיסק ההקרדה שלו, מה שהופך את הלימוד בהם לחיוני להבנת ההתפתחות וההתנהגות של חורים שחורים.
כמו אלכסנדר צ'כובסקוי, א
מאז שברדן ופטרסון הציעו את התיאוריה שלהם, הדמיות של חור שחור סבלו מכמה נושאים שמנעו מהם לקבוע אם יישור זה מתרחש. ראשית, כאשר דיסקי ההקרדה מתקרבים לאופק האירועים, הם מאיצים למהירויות אדירות ועוברים באזורים מעוותים של חלל.
סוגיה שנייה שמסבכת את העניינים עוד יותר היא העובדה כי סיבוב של חור שחור מכריח זמן-מרחב להסתובב סביבו. בשני הסוגיות הללו נדרשים מאסטרופיסיקאים להסביר את ההשפעות של תורת היחסות הכללית, אך עדיין נותר נושא הסערה המגנטית. סערה זו גורמת לחלקיקי הדיסק להיצמד זה לזה בצורה עגולה
עד עכשיו לאסטרופיסיקאים לא היה כוח המחשוב לתת דין וחשבון על כל זה. על מנת לפתח קוד חזק המסוגל לבצע הדמיות אשר היוו GR ו- סערה מגנטית, הצוות פיתח קוד המבוסס על יחידות עיבוד גרפיות (GPU). בהשוואה ליחידות עיבוד מרכזיות קונבנציונאליות (CPU), GPUs יעילים בהרבה באלגוריתמי עיבוד תמונה ומחשוב המעבדים נתונים גדולים.
הצוות שילב גם שיטה הנקראת עידון רשת אדפטיבית, החוסכת אנרגיה על ידי התמקדות רק בבלוקים ספציפיים שבהם מתרחשת תנועה ומסתגלת בהתאם. כדי להמחיש את ההבדל, השווה צ'כובסקוי GPUs ו-
"נניח שאתה צריך לעבור לדירה חדשה. תצטרך לעשות הרבה טיולים עם פרארי החזקה הזו מכיוון שהיא לא תתאים להרבה תיבות. אבל אם היית יכול לשים קופסה אחת על כל סוס, אתה יכול להזיז הכל בפעם אחת. זה ה- GPU. יש בו הרבה אלמנטים שכל אחד מהם איטי יותר מאלו במעבד, אבל יש כל כך הרבה מהם. "
אחרון חביב, הצוות הצליח לבצע את ההדמיה באמצעות מחשבי העל הכחולים-ווטרס במרכז הלאומי ליישומי מחשב (NCSA) באוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין. מה שהם מצאו היה שבזמן שאפשר להחלף את האזור החיצוני של הדיסק, האזור הפנימי יהיה מיושר עם קו המשווה של החור השחור ועיוות חלק יחבר ביניהם.
בנוסף למתן סגירה לוויכוח רב שנים על חורים שחורים ודיסקי השבתות שלהם, מחקר זה מראה גם כי האסטרופיזיקה התקדמה מאוד מאז ימי ברדן ופטרסון. כפי שמתיו ליסקה, חוקר סיכם:
"הדמיות אלה לא פותרות רק בעיה של 40 שנה, אלא שהן הוכיחו שבניגוד לחשיבה האופיינית, ניתן לדמות את דיסקי ההקרדה הזוהרים ביותר בתורת היחסות הכללית. זה סולל את הדרך לדור הבא של הדמיות, שאני מקווה שיפתור בעיות חשובות עוד יותר סביב דיסקי ההשקעה הזוהרים. "
הצוות פתר את התעלומה ארוכת השנים של אפקט ברדן-פטרסון בכך שדלל את דיסק ההקרדה במידה חסרת תקדים ופקטורציה בסערת המגנט המגנטית הגורמת לדיסק של הדיסק. סימולציות קודמות עשו פשט משמעותי רק על ידי קירוב להשפעות הסערה.
מה שכן, סימולציות קודמות עבדו עם דיסקים דקים שהיו יחס מינימלי לגובה לרדיוס של 0.05, בעוד שההשפעות המעניינות ביותר שצפו על ידי צ'כובסקוי וחבריו התרחשו ברגע שהדיסק היה דליל ל -03. להפתעתם, הצוות מצא כי אפילו עם דיסקי העטה דקיקים להפליא, החור השחור עדיין פלט מטוסי חלקיקים וקרינה בחלק מהירות האור (המכונה מטוסים רלטיביים).
כפי שהסביר צ'כובסקוי, מדובר בממצא לא צפוי למדי:
"אף אחד לא ציפה שמטוסים יופקו על ידי הדיסקים האלה בעובי כה קל. אנשים ציפו שהשדות המגנטיים המייצרים את המטוסים האלה פשוט ישלכו דרך הדיסקים הדקים האלה באמת. אבל הנה הם. וזה למעשה עוזר לנו לפתור תעלומות תצפיתיות. "
עם כל הממצאים האחרונים שהתגלה באסטרופיסיקאים בנוגע לחורים שחורים ודיסקי השבתות שלהם, אפשר לומר שאנחנו חיים ב"תור הזהב של היחסות "השני. וזו לא תהיה הגזמה לומר שהתמורה המדעית של כל המחקר הזה יכולה להיות אדירה. על ידי הבנת אופן ההתנהלות של החומר בתנאים הקיצוניים ביותר, אנו מתקרבים ללמוד ללמוד כיצד כוחות היסוד של היקום משתלבים זה בזה.
