Czarne dziury i tajemnicze skoki jasności. Superkomputery dostarczyły odpowiedzi

Czarne dziury zawdzięczają swoją nazwę niezwykle silnej grawitacji, która sprawia, że do pewnego momentu nie może jej uciec nawet światło. Zdarza się jednak, że tuż za horyzontem zdarzeń jednego z takich obiektów dochodzi do rozbłysku.

Czym w ogóle jest horyzont zdarzeń? Najłatwiej można go określić mianem granicy, po przekroczeniu której żaden obiekt nie będzie w stanie uciec przed przyciąganiem czarnej dziury. W teorii pozostawanie poza horyzontem zdarzeń powinno więc zabezpieczać nas przed grawitacją jednego z takich kosmicznych potworów. Nadal nie było natomiast jasne, dlaczego w tym obszarze dochodzi do tajemniczych skoków jasności. W rozwiązaniu zagadki pomogły superkomputery, na których przeprowadzono symulacje.

Czytaj też: Jak wpływają na siebie czarne dziury? Przewidywania naukowców czeka weryfikacja

Jednym z członków zespołu badawczego zajmującego się tą zagadką był Bart Ripperda z Uniwersytetu Princeton. Wraz ze swoimi współpracownikami wykorzystał on trzy oddzielne klastry superkomputerowe, które umożliwiły stworzenie najbardziej szczegółowego obrazu obejmującego zjawiska zachodzące poza horyzontem zdarzeń czarnej dziury. Dokładne ustalenia w tej sprawie ukazały się na łamach The Astrophysical Journal Letters.

Czarne dziury przechwytują materię, która przekroczy tzw. horyzont zdarzeń

Jednym z kluczowych ustaleń naukowców było zrozumienie, że ważną rolę w opisanym fenomenie odgrywają pola magnetyczne. To właśnie one stoją za występowaniem rozbłysków, które pojawiały się za każdym razem gdy dochodziło do tzw. rekoneksji magnetycznej. Mówimy o tym zjawisku, gdy pole magnetyczne rozpada się, a następnie ponownie łączy. Stoi ono między innymi za rozbłyskami, do których dochodzi do powierzchni Słońca.

Symulacja ukazuje linie pola magnetycznego czarnej dziury

W przypadku czarnych dziur i ich horyzontów zdarzeń energia wyzwalana przez te procesy prowadzi do „zasilania” okolicznych fotonów, z których część może zostać wyrzuconych prosto w horyzont zdarzeń czarnej dziury. Inne trafiają natomiast w przestrzeń kosmiczną, gdzie przyjmują formę rozbłysków obserwowanych przez astronomów. Obrazy uzyskane dzięki przeprowadzonym symulacjom miały 1000-krotnie wyższą rozdzielczość niż w przypadku jakiejkolwiek dostępnej wcześniej symulacji czarnej dziury.

Czytaj też: Swobodnie poruszające się czarne dziury faktycznie istnieją. Detekcje z 2011 roku były prawdziwe

Wraz z tego typu postępami możliwe stało się dokładne modelowanie procesu generowania pola magnetycznego wokół horyzontu zdarzeń. Najpierw materia zgromadzona w dysku akrecyjnym przemieszcza się w kierunku „biegunów” czarnej dziury, prawdopodobnie wpływając na linie pola magnetycznego, które mogą poruszać się wraz z nią. Niektóre linie pola magnetycznego ulegają przerwaniu i mogą łączyć się z innymi, co w niektórych przypadkach prowadzi do gromadzenia i wystrzeliwania materii – albo w stronę czarnej dziury albo w przeciwnym kierunku. W przypadku tego drugiego scenariusza dochodzi do rozbłysku, który naukowcy są w stanie zaobserwować.