فهرست مطالب
پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی پیشرفته، نحوه انتشار فوتون‌ها و جریان‌های برافزایشی ماده در اطراف سیاه‌چاله را به طور دقیق مدل‌سازی کرده‌اند.
به گزارش سرویس نجوم تکناک، حاشیه‌های سیاه‌چاله‌ها باید قلمروهایی آشفته باشند؛ نواحی که در آنها آهنگ کشیده شدن ماده به ورطه نابودی، تنها به‌واسطه خشم کورکننده تابشی مهار می‌شود که از مرز تاریکی به بیرون فوران می‌کند. این پهنه‌ها به عنوان محیط‌هایی ناپایدار شناخته می‌شوند و مستعد بروز شراره‌ها، جت‌ها و انفجارهای ناگهانی هستند. با وجود این، پیش‌بینی این پدیده‌های پرتحرک همواره پیچیده بوده، چرا که ارائه توصیفی ریاضی و دقیق از فضا-زمان به شدت خمیده و فیزیک حدی پیرامون سیاه‌چاله‌ها کار بسیار دشواری است.
اکنون این پژوهشی نوین در حوزه مدل‌سازی، به رهبری دانشمندان موسسه فلت‌آیرون آمریکا، دقیق‌ترین شبیه‌سازی انجام‌شده تا امروز را از نحوه بلعیدن و بیرون‌ریزی ماده توسط سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای در نرخ‌های مختلف ارائه کرده است. اهمیت این مطالعه در آن است که برخلاف مدل‌های پیشین، به ساده‌سازی‌های متداول متکی نیست؛ میان‌برهایی که پیش‌تر برای امکان‌پذیر شدن محاسبات ضروری بودند، این بار جای خود را به شبیه‌سازی‌هایی مبتنی بر داده‌هایی به‌مراتب پیچیده‌تر داده‌اند.
حتما بخوانید: آیا ما داخل یک سیاه‌چاله زندگی می‌کنیم؟ + ویدیو
فرایند شبیه‌سازی سیاه‌چاله
پژوهشگران با بهره‌گیری از دو ابررایانه قدرتمند و تلفیق مشاهدات پیمایشی جریان‌های برافزایشی سیاه‌چاله‌ها با سنجش چرخش و میدان‌های مغناطیسی آنها، مدلی تازه توسعه داده‌اند که حرکت گاز، نور و میدان‌های مغناطیسی را در اطراف سیاه‌چاله‌هایی بزرگ‌تر از خورشید توصیف می‌کند. لیزونگ ژانگ، اخترفیزیک‌دان موسسه فلت‌آیرون بیان کرد که این نخستین بار است پیامدهای دقیق مهم‌ترین فرایندهای فیزیکی در برافزایش سیاه‌چاله‌ها به طور کامل قابل مشاهده شده است. او تاکید کرد که این سامانه‌ها به شدت غیرخطی هستند و هر فرض ساده‌سازانه می‌تواند مسیر و نتیجه شبیه‌سازی را به طور بنیادین دگرگون کند.
شبیه‌سازی تازه با داده‌های رصدی مربوط به گونه‌های مختلف سامانه‌های سیاه‌چاله تطابق دارد. در حالی که اکنون تصویربرداری دقیق از سیاه‌چاله‌های فوق‌پرجرم امکان‌پذیر شده است، اما اخترشناسان برای مطالعه سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر همچنان ناچار هستند نور دریافتی را با روش‌های پیچیده تفکیک کنند تا بتوانند نقشه‌ای دقیق از توزیع انرژی آنها ترسیم کنند. پژوهشگران نشان می‌دهند که با جذب حجم کافی از ماده، سیاه‌چاله‌ها دیسک‌های برافزایشی متراکم و ضخیمی می‌سازند که بخش عمده‌ای از تابش را در خود جذب می‌کنند و انرژی را نه به‌صورت مستقیم، بلکه از راه بادهای پرانرژی و جت‌های قدرتمند آزاد می‌نمایند.
بیشتر بخوانید: مشاهده فوران یک سیاه‌چاله ابرجرم
شبیه‌سازی این سیاه‌چاله‌های به شدت پرمصرف آشکار می‌کند که چگونه قیفی باریک در مرکز سامانه شکل می‌گیرد. ساختاری که ماده را با سرعتی حیرت‌انگیز می‌بلعد و پرتویی متمرکز از تابش را به بیرون می‌فرستد؛ پرتویی که تنها در زاویه‌های دید خاص و مساعد قابل رصد است. همچنین یافته‌های تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد که آرایش میدان‌های مغناطیسی پیرامونی می‌تواند نقش کلیدی در رفتار سیاه‌چاله ایفا کند؛ به‌گونه‌ای که جریان گاز را به سوی افق رویداد هدایت نماید و سپس آن را در قالب بادها و جت‌ها به فضای اطراف بازمی‌گرداند.
ژانگ تاکید کرد که در حال حاضر، این تنها الگوریتمی است که می‌تواند با برخوردی واقع‌گرایانه و منطبق با نسبیت عام، تابش را در چنین سامانه‌هایی مدل‌سازی کند. این شبیه‌سازی با تلفیق کامل نظریه نسبیت عام انیشتین (که چگونگی اثرگذاری جرم بر فضا و زمان را توضیح می‌دهد) و مدل‌های پیشرفته فیزیک پلاسما، میدان‌های مغناطیسی و برهم‌کنش نور و ماده، تصویری کم‌سابقه از دینامیک پیرامون سیاه‌چاله ارائه می‌دهد.
برای مطالعه بیشتر: نخستین شبیه‌سازی فرایند جذب ماده توسط سیاه‌چاله با ابررایانه‌ها
انتشار فوتون‌ها
پژوهشگران در گزارش خود نوشتند که روش‌های به‌کاررفته در این مطالعه، انتشار فوتون‌ها را در فضا-زمان خمیده با دقتی بالا ثبت می‌کند و در ترکیب با دینامیک سیالات، به راه‌حل‌های تثبیت‌شده مربوط به امواج خطی و پدیده‌های شوکی همگرا می‌شود.
این تیم قصد دارد در گام بعدی بررسی کند که آیا شبیه‌سازی‌های انجام‌شده می‌تواند به سایر گونه‌های سیاه‌چاله نیز تعمیم یابد؛ از جمله سیاه‌چاله فوق‌پرجرم قوس A* که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد. همچنین پژوهشگران احتمال می‌دهند که این شبیه‌سازی‌ها بتواند به روشن شدن ماهیت «نقاط قرمز کوچک» تازه‌کشف‌شده کمک کند؛ اجرامی که برخلاف انتظار، تابش پرتو ایکس ضعیف‌تری از خود نشان می‌دهند. در متن مقاله آمده است که هرچند مدل‌ها از ضرایب کدری متناسب با سیاه‌چاله‌های هم‌جرم ستاره‌ای استفاده می‌کنند، اما به احتمال زیاد بسیاری از ویژگی‌های کلی نتایج به فرایند برافزایش در سیاه‌چاله‌های فوق‌پرجرم نیز قابل تعمیم خواهد بود.
نتایج این تحقیق در نشریه معتبر The Astrophysical Journal منتشر شده است.
