Lubang hitam adalah salah satu kekuatan yang paling hebat dan misteri di Alam Semesta. Mula-mula diramalkan oleh Teori Relativiti Umum Einstein, titik-titik ini dalam masa-masa terbentuk ketika bintang-bintang besar mengalami keruntuhan graviti pada akhir hayat mereka. Walaupun selama beberapa dekad kajian dan pemerhatian, masih banyak yang tidak kita ketahui mengenai fenomena ini.
Sebagai contoh, saintis masih dalam kegelapan tentang bagaimana perkara yang jatuh ke orbit di sekitar lubang hitam dan secara beransur-ansur dimasukkan ke dalamnya (cakera penambahan) berperilaku. Terima kasih kepada kajian baru-baru ini, di mana pasukan penyelidik antarabangsa melakukan simulasi lubang hitam yang paling terperinci sehingga kini, sebilangan ramalan teori mengenai cakera penambahan akhirnya disahkan.
Pasukan ini terdiri daripada ahli astrofizik pengkomputeran dari Institut Astronomi Anton Pannekoek University of Amsterdam, Pusat Eksplorasi & Penyelidikan Interdisipliner Universiti Astrofizik (CIERA), dan Universiti Oxford. Hasil kajian mereka muncul dalam edisi 5 Jun Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja.
Di antara penemuan mereka, pasukan mengesahkan teori yang pada awalnya dikemukakan pada tahun 1975 oleh James Bardeen dan Jacobus Petterson, yang kemudian dikenal sebagai Bardeen-Petterson Effect. Sesuai dengan teori ini, pasukan mendapati bahawa sementara kawasan luar cakera penambahan akan tetap condong, kawasan dalaman cakera akan sejajar dengan khatulistiwa lubang hitamnya.
Secara sederhana, hampir semua perkara yang diketahui oleh penyelidik mengenai lubang hitam telah dipelajari dengan mengkaji cakera penambahan. Tanpa cincin gas dan habuk yang terang ini, tidak mungkin para saintis dapat mengesan lubang hitam. Lebih-lebih lagi, pertumbuhan dan kelajuan putaran lubang hitam juga bergantung pada cakera penambahannya, yang menjadikannya penting untuk memahami evolusi dan tingkah laku lubang hitam.
Sebagai Alexander Tchekhovskoy, seorang
Sejak Bardeen dan Petterson mengemukakan teori mereka, simulasi lubang hitam mengalami beberapa masalah yang telah menghalangnya untuk menentukan apakah penjajaran ini berlaku. Pertama sekali, ketika disk penambahan mendekati Horizon Acara, mereka mempercepat dengan kecepatan yang luar biasa dan bergerak melalui wilayah-wilayah ruang tempur yang melengkung.
Isu kedua yang merumitkan masalah adalah kenyataan bahawa putaran lubang hitam memaksa ruang-waktu berputar di sekelilingnya. Kedua-dua isu ini menghendaki para astrofisikawan menjelaskan kesan kerelatifan umum, tetapi masih ada masalah pergolakan magnet. Pergolakan ini menyebabkan zarah-zarah cakera berpegangan dalam bentuk bulat dan
Sehingga kini, ahli astrofizik belum mempunyai kekuatan pengkomputeran untuk menjelaskan semua ini. Untuk mengembangkan kod yang kuat yang dapat menjalankan simulasi yang menyumbang GR dan turbulensi magnetik, pasukan ini mengembangkan kod berdasarkan unit pemprosesan grafik (GPU). Berbanding dengan unit pemprosesan pusat konvensional (CPU), GPU jauh lebih cekap dalam algoritma pemprosesan imej dan pengkomputeran yang memproses sejumlah besar data.
Pasukan ini juga menggabungkan kaedah yang disebut penyesuaian mesh adaptif, yang menjimatkan tenaga dengan hanya memfokuskan pada blok tertentu di mana pergerakan berlaku dan menyesuaikan diri dengan sewajarnya. Untuk menggambarkan perbezaannya, Tchekhovskoy membandingkan GPU dan
"Katakan anda perlu berpindah ke apartmen baru. Anda mesti melakukan banyak perjalanan dengan Ferrari yang hebat ini kerana ia tidak akan sesuai dengan banyak kotak. Tetapi jika anda dapat meletakkan satu kotak pada setiap kuda, anda dapat menggerakkan semuanya dengan sekali jalan. Itu GPU. Ini memiliki banyak elemen, masing-masing lebih lambat daripada yang ada di CPU, tetapi ada begitu banyak dari mereka. "
Terakhir, tetapi tidak kurang pentingnya, pasukan menjalankan simulasi mereka menggunakan superkomputer Blue Waters di Pusat Nasional Aplikasi Superkomputer (NCSA) di University of Illinois di Urbana-Champaign. Apa yang mereka dapati adalah sementara kawasan luar cakera mungkin berjubin, kawasan dalam akan diselaraskan dengan khatulistiwa lubang hitam dan melengkung yang halus akan menghubungkannya.
Selain memberikan penutupan kepada perdebatan lama mengenai lubang hitam dan cakera penambahannya, kajian ini juga menunjukkan sejauh mana kemajuan astrofizik sejak zaman Bardeen dan Petterson. Sebagai Matthew Liska, seorang penyelidik merumuskan:
"Simulasi ini tidak hanya menyelesaikan masalah berusia 40 tahun, tetapi mereka telah menunjukkan bahawa, bertentangan dengan pemikiran biasa, adalah mungkin untuk mensimulasikan cakera penambahan yang paling bercahaya dalam relativiti umum sepenuhnya. Ini membuka jalan untuk generasi simulasi berikutnya, yang saya harap dapat menyelesaikan masalah yang lebih penting lagi mengenai cakera penambahan bercahaya. "
Pasukan ini menyelesaikan misteri lama Kesan Bardeen-Petterson dengan menipiskan cakera penambahan ke tahap yang belum pernah terjadi sebelumnya dan memfaktorkan pergolakan bermagnet yang menyebabkan cakera tersebut bertambah. Simulasi sebelumnya membuat penyederhanaan besar dengan hanya menghampiri kesan pergolakan.
Lebih-lebih lagi, simulasi sebelumnya berfungsi dengan cakera nipis yang mempunyai nisbah ketinggian hingga radius minimum 0.05, sedangkan kesan paling menarik yang dilihat oleh Tchekhovskoy dan rakan-rakannya berlaku sebaik sahaja cakera ditipis menjadi 0.03. Yang mengejutkan mereka, pasukan mendapati bahawa walaupun dengan cakera penambahan yang sangat tipis, lubang hitam masih mengeluarkan jet zarah dan radiasi pada bahagian kelajuan cahaya (alias jet relativistik).
Seperti yang dijelaskan oleh Tchekhovskoy, ini adalah penemuan yang agak tidak dijangka:
"Tidak ada yang menyangka jet dihasilkan oleh cakera ini dengan ketebalan yang sedikit. Orang-orang menjangkakan bahawa medan magnet yang menghasilkan jet ini hanya akan menembusi cakera yang sangat nipis ini. Tetapi mereka ada. Dan itu sebenarnya membantu kita menyelesaikan misteri pemerhatian. "
Dengan semua penemuan terbaru para astrofisikawan mengenai lubang hitam dan cakera penambahannya, anda mungkin mengatakan bahawa kita hidup di "Zaman Relativiti Emas" yang kedua. Dan tidak berlebihan untuk mengatakan bahawa hasil saintifik dari semua penyelidikan ini boleh menjadi sangat besar. Dengan memahami bagaimana jasmani bertindak dalam keadaan yang paling melampau, kita semakin hampir untuk mengetahui bagaimana kekuatan asas Alam Semesta bersatu.
