Με τη βοήθεια ενός από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο, οι επιστήμονες έκαναν ένα αποφασιστικό βήμα στην κατανόηση του πώς λειτουργούν τα πιο επιβλητικά κοσμικά συστήματα. Ο Frontier που φιλοξενείται στο Oak Ridge National Laboratory στις Ηνωμένες Πολιτείες, χρησιμοποιήθηκε για να προσομοιώσει με πρωτοφανή λεπτομέρεια τον τρόπο με τον οποίο οι εκπομπές ύλης και ενέργειας από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες επηρεάζουν τη σταθερότητα των σμηνών γαλαξιών, των μεγαλύτερων και πιο ανθεκτικών δομών του Σύμπαντος.
Το διαχρονικό ερώτημα της σταθερότητας
Εδώ και δεκαετίες, οι αστροφυσικοί αναρωτιούνται πώς είναι δυνατόν τέτοιες κολοσσιαίες δομές, με μάζα χίλιες φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Γαλαξία μας, να παραμένουν σταθερές επί δισεκατομμύρια χρόνια, χωρίς να καταρρεύσουν υπό το ίδιο τους το βάρος. Η νέα προσομοίωση δίνει μια απάντηση που μοιάζει να βρίσκεται στον «σκοτεινό» κόσμο των μαύρων τρυπών. Αυτοί οι γιγαντιαίοι σχηματισμοί, όπως φαίνεται, δεν περιορίζονται στο να καταβροχθίζουν ύλη, αλλά λειτουργούν και ως ρυθμιστικοί μηχανισμοί που συγκρατούν την ισορροπία ολόκληρων σμηνών.
Μια μαύρη τρύπα δισεκατομμυρίων Ήλιων
Οι ερευνητές εστίασαν σε ένα σενάριο όπου μια μαύρη τρύπα με μάζα ίση με εκείνη ενός δισεκατομμυρίου Ήλιων τοποθετείται στο κέντρο ενός σμήνους γαλαξιών, συνολικής μάζας ενός τετράκις εκατομμυρίου ηλιακών μαζών. Η προσομοίωση παρακολούθησε, σε κλίμακα δισεκατομμυρίων εικονικών ετών, τους κύκλους δραστηριότητας των υπερενεργών πίδακες που εκτοξεύονται από τον γιγαντιαίο ορίζοντα γεγονότων.
Για να καταστεί εφικτή η διαχείριση της τεράστιας ποσότητας δεδομένων, οι ερευνητές αναγκάστηκαν να μειώσουν τεχνητά την ταχύτητα των πίδακων σε μόλις 5% της ταχύτητας του φωτός. Ακόμη κι έτσι, η διαδικασία απαίτησε 700.000 ώρες υπολογισμών και τη χρήση περισσότερων από 17.000 μονάδων GPU.
Ο Frontier στην πρώτη γραμμή
Η δύναμη του Frontier –ικανός να εκτελεί δύο δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια πράξεις το δευτερόλεπτο– έδωσε τη δυνατότητα να αναπαραχθούν φαινόμενα που έως τώρα παρέμεναν ανεξήγητα. Ανάμεσά τους, οι μυστηριώδεις ψυχρές «κλωστές» αερίου που παρατηρούνται να μπλέκονται με το καυτό πλάσμα των σμηνών, όπως στο περίφημο σμήνος του Περσέα.
Η μελέτη δείχνει ότι αυτές οι δομές γεννιούνται από την ταραχώδη αλληλεπίδραση μεταξύ ψυχρών αερίων και πλάσματος που αγγίζει θερμοκρασίες έως και 100 εκατομμυρίων βαθμών Κέλβιν. Το φαινόμενο φαίνεται να διαμορφώνεται από τα μαγνητικά πεδία που διαπερνούν τον διαγαλαξιακό χώρο, δημιουργώντας ένα σύνθετο «χορό» ύλης και ενέργειας.
Από το Διάστημα στα εργαστήρια
Η προσομοίωση δεν έχει σημασία μόνο για την κατανόηση του Σύμπαντος. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι τα αποτελέσματα μπορεί να προσφέρουν χρήσιμες ιδέες και σε πιο γήινες εφαρμογές, όπως η μελέτη των αναταραχών στα πειράματα σύντηξης. Η κατανόηση του πώς το πλάσμα συμπεριφέρεται σε ακραίες συνθήκες, υπό την επίδραση μαγνητικών πεδίων, μπορεί να αποδειχθεί καθοριστική για την ανάπτυξη καθαρής και ανεξάντλητης ενέργειας στο μέλλον.
Ένα πρώτο βήμα σε μεγαλύτερες ανακαλύψεις
Οι επιστήμονες τονίζουν ότι η παρούσα εργασία είναι μόνο η αρχή. Ήδη σχεδιάζονται ακόμη πιο περίπλοκες προσομοιώσεις, οι οποίες θα περιλαμβάνουν τον ρόλο των κοσμικών ακτίνων και άλλων φαινομένων του πλάσματος, με στόχο να αποκαλυφθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς οι μαύρες τρύπες «οργανώνουν» το χάος του Σύμπαντος.
Η εικόνα που αναδύεται από την έρευνα είναι ανατρεπτική: οι μαύρες τρύπες δεν είναι απλώς οι αδηφάγοι καταστροφείς της κοσμολογίας, αλλά οι αόρατοι ρυθμιστές που διασφαλίζουν ότι τα σμήνη γαλαξιών μπορούν να αντέξουν στον χρόνο. Αν οι επόμενες μελέτες επιβεβαιώσουν αυτή την εικόνα, ίσως χρειαστεί να ξαναγράψουμε τον ρόλο τους στην ιστορία του Σύμπαντος.
[via]
