Süper bilgisayarlar kara deliğin sırlarını çözdü

Kara deliklerin sınır bölgeleri, maddenin yok oluşa doğru çekilme hızının yalnızca karanlığın kenarından taşan radyasyonun parlak ışığıyla dengelendiği son derece karmaşık alanlar olarak bilinmektedir. Bu bölgeler, içinde bulundukları koşullar nedeniyle oldukça dinamik ve değişken bir yapıya sahiptir. Araştırmacılar, kara delik etrafındaki bu bölgelerde parlamaların, fışkırmaların ve patlamaların sık sık meydana geldiğini düşünmektedir. Ancak bu olayları önceden tahmin etmek ve matematiksel olarak modellemek, çarpık uzay-zaman yapısı ve aşırı fiziksel koşullar nedeniyle son derece zor bir görev haline gelmiştir.

Süper bilgisayarlarla yapılan yeni simülasyonlar

ABD'nin Flatiron Enstitüsü'nde görev yapan araştırmacılar, kara delik konusunda devrim niteliğinde bir adım atmıştır. Ekip, iki güçlü süper bilgisayar kullanarak yıldız kütleli kara deliklerin değişen oranlarda maddeyi nasıl yuttuğunu ve dışarı püskürttüğüne dair bugüne kadarki en kapsamlı simülasyonları gerçekleştirmiştir. Bu çalışmanın en önemli yönü, önceki modellerde kullanılan basitleştirici varsayımlardan tamamen kaçınılmış olmasıdır. Daha önce, hesaplamaların mümkün kılınması için bu tür kısayollar kaçınılmaz görülmekteydi. Ancak bu yeni araştırmada, simülasyonlar çok daha karmaşık ve gerçekçi veriler üzerine inşa edilmiştir. Araştırma ekibi, kara delik yığılma akışlarının gözlemsel verilerini, bu sistemlerin dönüş hızı ve manyetik alan ölçümleriyle birleştirerek, Güneşimizden biraz daha büyük kara deliklerin etrafındaki gaz, ışık ve manyetizmanın hareketini tanımlayan yeni bir model geliştirmiştir.

Flatiron Enstitüsü'nden astrofizikçi Lizhong Zhang, bu başarının önemini vurgulayarak, "Bu, kara delik yığılmasındaki en önemli fiziksel süreçler doğru bir şekilde dahil edildiğinde ne olduğunu görebildiğimiz ilk kez" demiştir. Zhang'ın açıklamasına göre, kara delik sistemleri son derece doğrusal olmayan yapılara sahiptir ve herhangi bir aşırı basitleştirici varsayım sonuçları tamamen değiştirebilir. Bu nedenle, her detayın doğru bir şekilde modellenmesi kritik önem taşımaktadır.

Kara delik etrafındaki madde ve enerji akışı

Yeni simülasyonlar, çeşitli kara delik sistemlerinin gözlemsel verileriyle uyumlu sonuçlar ortaya çıkarmıştır. Araştırmacılar, yeterli malzeme çekerek kara deliklerin önemli miktarda radyasyonu emen kalın yığılma diskleri biriktirdiğini ve enerjiyi bunun yerine rüzgarlar ve fışkırmalar yoluyla serbest bıraktığını göstermiştir. Bu bulgu, kara deliklerin enerji dağılım mekanizmasını anlamamız açısından son derece önemlidir. Süper kütleli kara deliklerin ayrıntılı görüntüleri artık teknolojik gelişmeler sayesinde mümkün hale gelmiş olsa da, daha küçük nesnelerden gelen ışığın astronomların enerji dağılımlarını haritalayabilmeleri için hala ayrıştırılması gerekmektedir.

Araştırma ekibi, obur kara deliklerin simülasyonlarında şaşırtıcı bir bulguya ulaşmıştır. Kara delikler, belirli oranlarda malzemeyi hızlı bir şekilde höpürdetmekte ve yalnızca belirli, elverişli görüş açılarında gözlemlenebilen dar bir huninin içinden radyasyon ışını oluşturmaktadır. Bu dar huninin oluşumu, kara deliğin çevresindeki manyetik alan konfigürasyonunun önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Manyetik alanın yapısı, gazın kara deliğin ufkuna doğru akışını ve rüzgarlar ile fışkırmalar şeklinde tekrar dışarı akışını yönlendirmeye yardımcı olmaktadır.