Mokslininkų komanda, pasitelkusi pažangias simuliacijas, parodė, kaip medžiaga elgiasi artėdama prie žvaigždinės masės juodųjų skylių. Ten ji susisuka į audringus diskus, kuriuos valdo spinduliuotė. Iš šių diskų kyla galingi vėjai, o kartais susiformuoja ir čiurkšlės.
Svarbiausia, kad modelio prognozės labai gerai sutapo su stebėjimų spektru. Toks tikslus atitikimas leidžia drąsiau aiškinti ribotus duomenis apie itin tolimus objektus. Tai sustiprina pasitikėjimą tuo, ką galima iš jų išgauti.
Šis darbas tęsia daugiametes kompiuterinio modeliavimo tradicijas, kurios padėjo suprasti sudėtingas gamtos sistemas. Nuo pirmųjų didelių skaičiavimo projektų iki šiandienos superkompiuterių kelias buvo ilgas. Dabar jis atveria naują langą į juodųjų skylių pasaulį.
Simuliacijos ir juodųjų skylių diskai
Simuliacijos atskleidė, kad medžiaga, krisdama į juodąją skylę, nesmunka tiesiai žemyn. Ji sudaro tankius akrecinius diskus, kuriuose nuolat kyla turbulencija. Spinduliuotė čia tampa pagrindine jėga, reguliuojančia visą procesą.
Diskuose gali gimti stiprūs plazmos vėjai, kurie išneša dalį medžiagos lauk. Kai kuriais atvejais energija susitelkia į siauras kryptingas čiurkšles. Tai paaiškina, kodėl tam tikros juodosios skylės stebimos kaip nepaprastai ryškūs šaltiniai.
Instituto tradicija ir skaičiavimo galia
Pažangiųjų studijų institutas jau seniai garsėja sudėtingų reiškinių modeliavimu. Vienas ankstyvų pavyzdžių buvo elektroninių kompiuterių projektas, vadovaujamas Johno von Neumanno. Jis padėjo plėtoti skysčių dinamiką, klimato tyrimus ir branduolinę fiziką.
Šios tradicijos pagrindu dabartinė komanda gavo prieigą prie „Frontier“ ir „Aurora“ superkompiuterių. Tai egzaskalės sistemos, galinčios atlikti kvintilijoną operacijų per sekundę. Jų mastas net primena laikus, kai kompiuteriai užimdavo ištisus kambarius.
Algoritmai ir programinė įranga
Tokiai galiai išnaudoti neužtenka vien aparatūros. Reikėjo sudėtingos matematikos ir tiksliai sukonstruoto kodo, galinčio aprašyti spinduliuotės judėjimą diskuose. Be to, skaičiavimai turėjo būti stabilūs net esant milžiniškiems duomenų srautams.
Svarbų vaidmenį čia suvaidino Christopheris Whiteas, sukūręs spinduliuotės pernašos algoritmą. Patrickas Mullenas šį algoritmą įgyvendino „AthenaK“ kode, pritaikytame egzaskalės skaičiavimams. Tik toks derinys leido gauti patikimus rezultatus.
Ryšys su stebėjimais
Komanda palygino simuliacijų spektrus su realiais teleskopų duomenimis. Atitikimas pasirodė esantis stebėtinai tikslus, todėl modelis laikomas labai sėkmingu. Tai ypač vertinga, nes stebėjimų apie šias sistemas dažnai turime nedaug.
Kai teorija ir matavimai sutampa, atsiranda tvirtesnis pagrindas aiškinti, kas iš tiesų vyksta prie juodųjų skylių. Galima geriau suprasti, kaip gimsta vėjai ir kada susidaro čiurkšlės. Taip mažėja spėlionių, o daugėja patikrintų išvadų.
Ateities kryptys
Toliau tyrėjai sieks patikrinti, ar šis modelis tinka ne tik žvaigždinei masei, bet ir supermasyvioms juodosioms skylėms. Tokios skylės daro įtaką visų galaktikų raidai, todėl suprasti jų maitinimąsi yra labai svarbu. Tam reikės aprašyti dar platesnį fizinių sąlygų spektrą.
Profesorius Jamesas Stoneas pabrėžė, kad projektą išskiria ilgi programinės įrangos kūrimo metai ir didžiulės skaičiavimo kvotos didžiausiuose superkompiuteriuose. Dabar laukia kitas etapas, išgauti ir suprasti visą mokslinę prasmę iš gautų rezultatų. Tai žada dar ne vieną svarbų atradimą.
