ابرکامپیوترها معمای رفتار نور و ماده در اطراف سیاه‌چاله‌ها را فاش کردند

اما در مدل جدید، خبری از میان‌بر نیست. تیم با به‌کارگیری دو ابرکامپیوتر قدرتمند، داده‌های مربوط به «جریان‌های تراکمی» را با پارامترهای پیچیده‌ای مثل چرخش سیاه‌چاله و میدان‌های مغناطیسی در هم آمیختند. نتیجه مدلی است که حرکت گاز، نور و مغناطیس را در اطراف سیاه‌چاله‌هایی که جرمی کمی بیشتر از خورشید دارند، با دقتی بی‌نظیر توصیف می‌کند.

لیژونگ ژانگ، اخترفیزیکدان برجسته‌ی مؤسسه‌ی مطالعات پیشرفته، می‌گوید:

نخستین‌بار است که توانسته‌ایم ببینیم وقتی مهم‌ترین فرآیندهای فیزیکی در تراکم سیاه‌چاله به‌طور دقیق لحاظ می‌شوند، واقعاً چه اتفاقی رخ می‌دهد. این سیستم‌ها به‌شدت غیرخطی هستند؛ یعنی حتی یک فرض ساده‌ساز اشتباه می‌تواند نتیجه‌ی نهایی را کاملاً دگرگون سازد.

شبیه‌سازی سیاه‌چاله‌های حریص، رازهای جالبی را فاش کرد. زمانی که سیاه‌چاله مواد کافی جذب می‌کند، یک «قرص تراکمی» ضخیم در اطرافش شکل می‌گیرد. این قرص مانند یک سد به‌کار می‌آید و مقادیر عظیمی از تابش را جذب می‌کند.

اما انرژی راه فراری می‌یابد. شبیه‌سازی نشان داد که یک ساختار باریک و قیف‌مانند شکل می‌گیرد که مواد را با سرعتی حیرت‌انگیز می‌بلعد. این ساختار پرتوی متمرکزی از تابش را به بیرون شلیک می‌کند که تنها اگر زاویه‌ی دید مناسبی داشته باشید، مشاهده‌پذیر است.

علاوه بر این، مشخص شد که میدان مغناطیسی محیط نیز نقش ناخدا را بازی می‌کند؛ این میدان‌ها جریان گاز را به سمت افق رویداد هدایت کرده و سپس بخشی از آن را به شکل بادهای کیهانی و جت‌های قدرتمند به بیرون پرتاب می‌کنند.

قدرت اصلی این الگوریتم در ترکیب دو دنیای متفاوت است: نظریه نسبیت عام اینشتین که خمیدگی فضا زمان را توصیف می‌کند و همچنین، قوانین فیزیک حاکم بر گازهای داغ پلاسما. این مدل نشان می‌دهد که نور (فوتون‌ها) چگونه در این فضای خمیده حرکت می‌کند و با ماده برهم‌کنش دارد.

پژوهشگران در گزارش خود تأکید کرده‌اند که روش آن‌ها انتشار فوتون‌ها را در فضا-زمان خمیده به‌دقت ردیابی می‌کند. این یعنی ما اکنون ابزاری داریم که می‌تواند رفتار نور را در خشن‌ترین محیط‌های کیهان پیش‌بینی کند.

گام بعدی تیم دانشمندان، آزمودن این مدل روی غول‌های واقعی است؛ از جمله «کمان ای*» (*Sagittarius A)، همان سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم که در قلب کهکشان راه شیری ما قرار دارد. پژوهشگران امیدوارند با این شبیه‌سازی‌ها، معمای اجرامی را نیز که تابش پرتو ایکس آن‌ها کمتر از حد انتظار است، حل کنند.

پژوهش در نشریه‌ی The Astrophysical Journal منتشر شده است.