Para peneliti telah mengembangkan simulasi paling rinci hingga saat ini tentang bagaimana materi terakresi di sekitar lubang hitam, mengintegrasikan relativitas umum lengkap dan efek radiasi. Dipimpin oleh Lizhong Zhang dari Institute for Advanced Study dan Flatiron Institute, studi ini sesuai dengan pengamatan astronomi nyata. Diterbitkan di The Astrophysical Journal, fokus pada lubang hitam bermassa bintang dan menggunakan superkomputer canggih.
Astrofisikawan komputasional telah membuat kemajuan signifikan dalam pemodelan akresi lubang hitam, proses di mana objek kosmik ini menarik materi sekitarnya dan melepaskan radiasi intens. Studi baru, yang diterbitkan di The Astrophysical Journal, memperkenalkan kerangka komputasi yang menghitung aliran materi ke lubang hitam tanpa asumsi penyederhanaan, sepenuhnya memperhitungkan relativitas umum Einstein dan kondisi didominasi radiasi.
Dipimpin oleh Lizhong Zhang, peneliti pascadoktor bersama di School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study dan Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, penelitian ini dimulai selama tahun pertama Zhang di Institute pada 2023-24 dan berlanjut di Flatiron. "Ini adalah kali pertama kami dapat melihat apa yang terjadi ketika proses fisika paling penting dalam akresi lubang hitam dimasukkan secara akurat," kata Zhang. "Sistem ini sangat nonlinier -- asumsi penyederhanaan apa pun dapat mengubah hasil secara total. Yang paling menarik adalah simulasi kami sekarang mereproduksi perilaku yang sangat konsisten di berbagai sistem lubang hitam yang terlihat di langit, dari sumber sinar-X ultraluminos hingga biner sinar-X."
Model menargetkan lubang hitam bermassa bintang, yang sekitar 10 kali massa Matahari. Tidak seperti lubang hitam supermasif, objek kecil ini berevolusi dengan cepat dalam hitungan menit hingga jam, memungkinkan pengamatan waktu nyata melalui analisis spektral cahaya yang dipancarkan. Simulasi menggambarkan materi berputar masuk membentuk cakram turbulen bercahaya, bersama angin mengalir keluar dan jet sesekali.
Untuk mencapainya, tim mengakses superkomputer skala eksaskala Frontier di Oak Ridge National Laboratory dan Aurora di Argonne National Laboratory. Kontribusi kunci termasuk algoritma transportasi radiasi yang dikembangkan oleh Christopher White dari Flatiron dan Princeton University, serta integrasi ke kode AthenaK oleh Patrick Mullen, mantan di Institute dan sekarang di Los Alamos National Laboratory.
Penulis bersama James Stone, profesor di Institute, menyoroti tuntutan proyek: "Yang membuat proyek ini unik adalah, di satu sisi, waktu dan upaya yang diperlukan untuk mengembangkan matematika terapan dan perangkat lunak yang mampu memodelkan sistem kompleks ini, dan di sisi lain, memiliki alokasi sangat besar di superkomputer terbesar di dunia untuk melakukan perhitungan ini. Sekarang tugasnya adalah memahami semua ilmu yang keluar darinya."
Makalah pertama dalam seri ini membuka jalan untuk menerapkan kerangka kerja pada berbagai jenis lubang hitam, berpotensi menerangi yang supermasif yang memengaruhi pembentukan galaksi. Spektra simulasi selaras erat dengan data astronomi, meningkatkan interpretasi objek misterius ini.