科学者たちは、先駆的なスーパーコンピューター シミュレーションの助けを借りて、ブラック ホールが時空とどのように相互作用するかを理解する上で興味深い進歩を遂げました。
ブラックホールは、その巨大な重力効果で粒子や光を飲み込むことで知られていますが、その口から逃れることに成功した謎の物質があります。 「相対論的ジェット」として知られるこれらのジェットは、ブラック ホールから数百万光年の距離を超えて飛び出す。
ブラックホールの観察と研究の難しさを考慮して、ノースウェスタン大学とアムステルダム大学の研究チームは、これらの相対論的ジェットの作用をシミュレートするために高性能スーパーコンピューターに注目しました。
「バスタブの中の水が排水溝に流れていくときに渦を形成するのと同じように、超大質量ブラックホールに供給されるガスと磁場は渦を巻いて回転円盤を形成します。これは、熱いガスのスープに混ざった磁力線のもつれたスパゲッティです。」 」とノースウェスタン大学は、研究のかなり美味しそうな概要で説明しています。
「ブラックホールがこの天体物理学スープを消費すると、スープを飲み込みますが、磁気スパゲッティが口からぶら下がったままになります。これにより、ブラックホールは一種の発射台となり、そこから相対論的ジェットの形でエネルギーがねじれた磁性スパゲッティの網から発射されます。」
王立天文学協会の月刊通知に掲載されたこの研究では、ブラックホールの周りを回転する時空の位置により、相対論的ジェットが周期的に方向を変えることが判明した。
これまでのシミュレーションでは、回転する円盤がブラックホールの方向と一致する傾向があったが、銀河の中心にあるような超大質量ブラックホールのほとんどは、ブラックホール自体とは異なる軸にある傾いた円盤を持っていると研究者らは主張している。
こまが回転するときにどのように向きを変えるか（歳差運動として知られる動き）と同様に、ブラックホールの周りで回転する円盤も「ぐらつき」、相対論的ジェットの方向を変えます。
高速で回転するブラックホールの周囲の領域をシミュレートするには、大量の計算能力が必要です。それが、この歳差運動が発見されるまでにこれほど長い時間がかかった理由です。研究者らは、Blue Waters スーパーコンピューターの助けを借りて、グラフィカル プロセッシング ユニット (GPU) によって加速される最初のブラック ホール シミュレーション コードを実行することで、これに対処することができました。結果は下のビデオの右側で確認できます。
ノースウェスタン大学ワインバーグ芸術科学大学の物理学と天文学の助教授、アレクサンダー・チェホフスコイ氏は、「高解像度のおかげで、小規模な乱流円盤の運動をモデルに正確に捉えることが初めて可能になった」と述べた。
「驚いたことに、これらの動きは非常に強力であることが判明し、円盤が肥大化し、円盤の歳差運動が停止しました。これは、歳差運動が一気に起こる可能性があることを示唆しています。」
この研究の結果は、ブラックホールのほか、ニューロン星の衝突による重力波や超大質量ブラックホールによる星の飲み込みなどの現象のさらなる研究にとって重要となるだろう。このシミュレーションは、天の川銀河の中心にあるブラック ホールを調べるイベント ホライズン テレスコープ (EHT) からの観測結果を解釈するためにも使用されています。
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