Čierne diery pohlcujú hmotu rýchlejšie, než sme si mysleli: Superpočítač ukázal, ako tento proces vyzerá
V rámci novej štúdie výskumníci vytvorili sériu simulácií, ktoré menia pohľad na čierne diery.
Čierne diery sú bez najmenších pochýb najzvláštnejšími objektami, aké môžeme vo vesmíre nájsť. Spočiatku nikto neveril, že by mohli existovať a dodnes pre nás ostávajú obrovskou záhadou.
Za čiernu dieru sa považuje objekt, ktorého gravitačná sila je tak enormná, že sa z nej nedokáže dostať ani svetlo, najrýchlejšia vec vo vesmíre. Vo svojej podstate ide o extrémne malý objekt, ktorého hustota je nepredstaviteľne veľká, podľa teórií až nekonečná. V srdci čiernej diery leží singularita, ktorá predstavuje jediný bod v priestore. Okolo čiernej diery sa črtá enormný tmavý disk, ktorý poznáme ako horizont udalostí. Čokoľvek túto hranicu prekročí už nemá šancu, že sa z čiernej diery dostane von.
Poznáme dva typy čiernych dier, tie “normálne”, ktoré majú hmotnosť v desiatkach hmotností Slnka. Na druhej strane ležia supermasívne čierne diery, skutočné kozmické monštrá. Ich hmotnosť sa častokrát počíta v miliónoch až miliardách násobkoch hmotnosti Slnka. Predpokladá sa, že v jadre našej galaxie, Mliečnej dráhy, leží supermasívna čierna diera Sagittarius A*, ktorá váži 4 milióny Sĺnk.
Čierne diery sú divokejšie, než sme predpokladali
V rámci novej štúdie výskumníci z Northwestern University vytvorili sériu 3D simulácií, ktoré zmenili spôsob akým sa pozeráme na supermasívne čierne diery a ich stravovacie “návyky”. Predchádzajúce štúdie naznačovali, že čierne diery pohlcujú hmotu pomaly, no to nemusí byť pravda. Simulácie odhadujú, že čierne diery doslova “žerú” oveľa viac hmoty, než sme si predstavovali.
Nové simulácie ukazovali takzvané rotujúce čierne diery, ktoré so sebou “ťahajú” celý časopriestor. Einstein vo svojej teórii relativity predpovedal, že každý objekt s hmotnosťou vytvorí “preliačinu” v časopriestore, podobne ako keď na napnutú látku hodíte niečo ťažké. Ak čierna diera rapídne rotuje, tento deformovaný časopriestor môže okolo seba ešte pokrútiť. Vďaka tejto jedinečnej deformácií roztrhne už tak pomerne divoký vír plynu, z ktorého sa tvorí akrečný disk čiernej diery.
Neprehliadnite
Ak čierna diera pohlcuje napríklad hviezdu, tá do nej nespadne priamo a nezmizne v mori temnoty, ktoré predstavuje horizont udalostí. Namiesto toho čiernu dieru obieha a dostáva sa čoraz bližšie a bližšie. V určitom momente hviezda čelí nepredstaviteľne veľkým silám a trhá sa na kusy. Plyn a ďalšia hmota následne okolo čiernej diery vytvorí prstenec, po ktorom, ako po špirále, hmota postupne padá dovnútra objektu. Tento prstenec nazývame akrečný disk.
Výskumníci prostredníctvom simulácie zistili, že pri rotujúcich čiernych dierach enormné sily roztrhnú akrečný disk napoly. Tým sa táto štruktúra rozdelí na vnútorný a vonkajší prstenec. Čierna diera najskôr pohltí vnútorný disk. Neskôr sa z vonkajšieho prstenca hmota presúva smerom bližšie, aby vyplnila medzeru po úplne pohltenom vnútornom prstenci. Proces sa následne opakuje.
Takto vyzerá akrečný disk supermasívnej čiernej diery
V minulosti sa predpokladalo, že proces pohltenia hmoty z vnútorného disku trvá stovky rokov. Nové simulácie však odhalili, že môže trvať až desivo krátko, len niekoľko mesiacov.
“Klasické teórie akrečných diskov hovoria, že sa disk vyvíja pomaly. Niektoré kvazary, ktoré vznikajú vylučovaním hmoty z akrečného disku čiernych dier, sa za krátku dobu môžu drasticky zmeniť. Klasická teória nedokáže toto správanie vysvetliť, no to, čo sme v simulácii videli, by mohlo,” tvrdí vedúci štúdie, Nick Kaaz.
Už celé desaťročia vedci predpokladali, že akrečné disky sú zladené s rotáciou čiernej diery. Autori novej štúdie ale vysvetľujú, že plyn “nevie” ako čierna diera rotuje. Znamená to, že automatické zladenie sa s rotáciou čiernej diery neexistuje.
Modelovanie akrečného disku je mimoriadne komplikované. V tomto smere vedci použili najväčší superpočítač, pomocou ktorého vytvorili 3D magnetohydrodynamickú simuláciu. Tá v sebe zakomponovala zákony všeobecnej relativity.
Ako sme už naznačili, relativistické správanie čiernej diery je dôvodom, prečo sa akrečný disk zlomí na dva. Práve medzera medzi týmito štruktúrami je hranica, za ktorou sa začína “šialenstvo”. Rotujúca čierna diera so sebou ťahá celý časopriestor, no v rovnaký moment súperia v akrečnom disku aj sily trenia a tlaku. Trenie sa pokúša udržať disk pokope, zatiaľ čo deformácia časopriestoru robí všetko pre to, aby disk roztrhala na kusy.
Komentáre