İleri Araştırmalar Enstitüsü (IAS) ve Flatiron Enstitüsü’nden bir grup astrofizikçi, maddenin kara deliklere nasıl düştüğüne dair bugüne kadarki en kapsamlı bilgisayar modelini oluşturdu. Genel görelilik kuramını ve yoğun radyasyon rejimlerini hiçbir basitleştirmeye gitmeden hesaplayan çalışma, bu gizemli gök cisimlerinin iştahını dijital ortamda gözlemlemeyi mümkün kılıyor.
The Astrophysical Journal’da yayımlanan araştırma, kara deliklerin madde biriktirme (akretisiyon) süreçlerini tam bir hassasiyetle ortaya koyuyor. Çalışmanın başyazarı Lizhong Zhang, ilk kez en önemli fiziksel süreçlerin doğru şekilde dahil edildiği bir tabloyu görebildiklerini belirterek, “Bu sistemler son derece doğrusal olmayan yapılara sahip; en ufak bir basitleştirme sonucu tamamen değiştirebiliyor. Heyecan verici olan şu ki, simülasyonlarımız gökyüzündeki ultra parlak X-ışını kaynaklarından X-ışını çiftlerine kadar pek çok sistemle tutarlı davranışlar sergiliyor. Bir bakıma bu sistemleri teleskopla değil, bilgisayarla ‘gözlemlemeyi’ başardık” değerlendirmesinde bulundu.
Eddington limiti ve radyasyon rüzgarları
Araştırma ekibi, farklı kütle biriktirme oranları, kara delik dönüş hızları ve manyetik alan kurulumları üzerinden geniş bir tarama gerçekleştirdi. Modern “exascale” süper bilgisayarların gücüyle geliştirilen yeni bir algoritma sayesinde, genel görelilikteki radyasyon taşıma denklemleri doğrudan çözüldü.
Elde edilen sonuçlar, kara deliklerin “Eddington limiti” olarak bilinen teorik sınırı aşan oranlarda madde yuttuğunda, akışın radyasyon basıncıyla desteklenen kalın diskler oluşturduğunu gösterdi. Bu aşamada, merkeze yakın huni şeklindeki dar bir alan, enerjinin büyük kısmının ışık olarak yayılmak yerine içeride hapsolmasına neden oluyor. Bu durum, radyasyon verimliliğini düşürürken güçlü ekvatoral rüzgarların oluşmasına yol açıyor.
Eddington Limiti Nedir? Bir kara deliğin veya yıldızın, radyasyon basıncının maddeyi dışarı itip daha fazla birikmeyi durdurmasından önce sürdürebileceği maksimum parlaklık seviyesidir. Bu sınır, kara deliklerin ne kadar hızlı büyüyebileceğine dair teorik bir tavan belirler.
Manyetik alanlar ve jet oluşumu
Eddington limitine yakın veya bu limitin altındaki madde birikimlerinde, yapının manyetik akıya bağlı olduğu gözlemlendi. Net bir dikey akı olduğunda disk, manyetik korona ile çevrili ince ve yoğun bir orta katman oluştururken; akı olmadığında disk tamamen manyetik hakimiyet altında kalıyor. Araştırmada kullanılan modellerin hiçbiri “manyetik olarak durdurulmuş disk” (MAD) durumuna ulaşmasa da, net akıya ve hızlı dönüşe sahip kara deliklerin güçlü rölativistik jetler (ışık hızına yakın parçacık fışkırmaları) ürettiği saptandı.
Arka plan ve gelecek beklentileri
Çalışma temel olarak Güneş’in yaklaşık 10 katı kütleye sahip olan “yıldız kütleli” kara deliklere odaklandı. Doğrudan görüntülenmesi devasa kara deliklere göre daha zor olan bu sistemler, dakikalar veya saatler içinde değişim gösterdikleri için gerçek zamanlı evrimi incelemek adına büyük önem taşıyor. Ekibin simülasyonları, Cyg X-3 ve SS433 gibi X-ışını kaynaklarından alınan verilerle ve James Webb Uzay Teleskobu tarafından tespit edilen “küçük kırmızı noktalar” ile uyum sağlıyor.
Dünyanın en hızlı bilgisayarları olan AMD tabanlı Frontier ve Intel tabanlı Aurora kullanılarak gerçekleştirilen bu hesaplamaların, gelecekte galaksilerin evrimini şekillendiren süper kütleli kara delikleri anlamak için de kullanılması planlanıyor. Araştırmacı James Stone, projenin benzersizliğini şu sözlerle özetledi: “Bir yanda bu karmaşık sistemleri modelleyebilecek yazılımı geliştirme emeği, diğer yanda dünyanın en büyük süper bilgisayarlarında bu hesapları yapabilme imkanı… Şimdi görevimiz, bu verilerden çıkan tüm bilimi anlamlandırmak.”
