Juodųjų skylių paribiai turėtų būti chaotiškos erdvės, kuriose medžiaga traukiama į nebūtį tokiu greičiu, kad ją tesulaiko tik akinanti, nuo įvykių horizonto besiveržiančios spinduliuotės įniršio riba.
Ši sritis laikoma nestabilia – ji linkusi į žybsnius, čiurkšles ir staigius energijos pliūpsnius. Tačiau numatyti šiuos dinamiškus reiškinius sudėtinga: itin tiksliam erdvėlaikio iškraipymų ir kraštinių fizikos sąlygų aprašymui reikia labai sudėtingų skaičiavimų.
Naujas, JAV Plathorno instituto mokslininkų vadovaujamas modeliavimas pateikia iki šiol detaliausias simuliacijas, kaip žvaigždinės masės juodosios skylės įvairiais tempais ryja ir išmeta medžiagą.
Esminis šio tyrimo bruožas – jis nepasikliauja anksčiau naudotais supaprastinimais. Tokios „trumpesnės kelio atkarpos“ iki šiol buvo būtinos vien tam, kad apskritai būtų įmanoma atlikti skaičiavimus, tačiau naujosiose simuliacijose remiamasi daug sudėtingesniais, realesniais duomenimis.
Pasitelkę du galingus superkompiuterius, mokslininkai sujungė stebėjimų duomenis apie juodųjų skylių akrecinius srautus su jų sukimosi ir magnetinių laukų savybėmis. Taip buvo sukurtas naujas modelis, aprašantis dujų, šviesos ir magnetizmo judėjimą aplink juodąsias skyles, kurių masė tik šiek tiek viršija Saulės masę.
„Pirmą kartą galime pamatyti, kas vyksta, kai svarbiausi fizikiniai procesai juodųjų skylių akrecijoje įtraukiami tiksliai,“ – aiškina astrofizikas Ližongas Džangas (Lizhong Zhang) iš Plathorno instituto.
„Šios sistemos yra itin nelinijinės – bet koks pernelyg grubus supaprastinimas gali visiškai pakeisti rezultatą.“
Naujosios simuliacijos gerai sutampa su įvairių tipų juodųjų skylių sistemų stebėjimais. Nors šiandien jau įmanoma gauti detalius supermasyvių juodųjų skylių vaizdus, mažesnių objektų šviesą astronomams vis dar tenka „išnarplioti“, kad būtų galima sudaryti jų energijos pasiskirstymo žemėlapius.
Mokslininkai parodė, kad, pritraukdamos pakankamai medžiagos, juodosios skylės susikuria storus akrecinius diskus, kurie sugeria didelę dalį spinduliuotės. Tokiu atveju didžioji dalis energijos išskiriama vėjų ir čiurkšlių pavidalu.
Šių „nė kiek nesitenkinančių“ juodųjų skylių simuliacijos taip pat atskleidė, kaip susiformuoja siauras piltuvėlis, kuriuo neįtikėtinu greičiu siurbiama medžiaga. Šis piltuvėlis sukuria siaurą išeinančios spinduliuotės pluoštą, matomą tik iš palankių stebėjimo kampų.
Komanda nustatė ir tai, kad aplinkos magnetinio lauko konfigūracija gali smarkiai paveikti juodosios skylės elgseną – ji padeda nukreipti dujų srautą tiek juodosios skylės horizonto link, tiek atgal į kosmosą vėjų ir čiurkšlių forma.
„Šiuo metu tai vienintelis algoritmas, kuris duoda sprendinį, spinduliuotę apdorodamas taip, kaip ji iš tiesų elgiasi bendrojoje reliatyvumo teorijoje,“ – pabrėžia Džangas.
Simuliacijoje įtraukta Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, apibūdinanti, kaip masės iškreipia erdvę ir laiką, taip pat detalūs modeliai, nusakantys plazmos dujų, magnetinių laukų bei šviesos ir materijos sąveikos dėsnius.
„Mūsų metodai tiksliai atkuria fotonų sklidimą iškreiptame erdvėlaikyje, o sujungus juos su skysčių dinamika gaunami sprendiniai, sutampantys su žinomais linijinių bangų ir smūginių bangų sprendiniais,“ – rašo tyrėjai.
Kitame etape mokslininkai sieks išsiaiškinti, ar jų simuliacijos gali būti taikomos ir kitiems juodųjų skylių tipams, įskaitant ir mūsų Galaktikos centre esančią supermasyviąją juodąją skylę Sagittarius A*.
Jie taip pat tikisi, kad jų rezultatai padės įminti neseniai atrastų vadinamųjų „mažųjų raudonų taškų“ mįslę – šie objektai skleidžia netikėtai mažą rentgeno spinduliuotės kiekį.
„Nors mūsų modeliuose naudojami žvaigždinės masės juodosioms skylėms tinkami skaidrumo (opaciškumo) parametrai, tikėtina, kad daug bendrų mūsų rezultatų bruožų bus pritaikomi ir supermasyvių juodųjų skylių akrecijai,“ – daro išvadą mokslininkai.
