Bilim dünyasında yankı uyandıran olaylardan biri de, 2019 yılında ilk defa bir kara deliğin görüntüsünü elde eden Event Horizon Telescope (EHT) ekibinin çalışmalarıydı. Bu başarı, çok uzun tabanlı interferometri (VLBI) adı verilen ve birden fazla teleskopun topladığı ışığı birleştirerek nesnelerin tam bir resmini oluşturan bir teknik sayesinde mümkün olmuştu. EHT, öncelikle Dünya'dan 55 milyon ışık yılı uzaklıktaki devasa M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin, ardından da Samanyolu'nun merkezindeki Sagittarius A* kara deliğinin ve iki parlak galaksiden yayılan göreceli jetlerin görüntülerini elde etmişti.
Günümüzde ise EHT ekibindeki bilim insanları, kara deliklerin dış sınırının (olay ufkı) hemen ötesindeki ortamı daha iyi anlamak için süper bilgisayar simülasyonlarından yararlanıyor. Princeton Üniversitesi'nden Dr. Andrew Chael liderliğindeki bir ekip, Texas Gelişmiş Bilgisayar Merkezi'nde (TACC) bulunan güçlü süper bilgisayarlar aracılığıyla M87'nin süper kütleli kara deliği için özel simülasyonlar gerçekleştirdi. Bu simülasyonların sonucunda elde edilen ve daha önce yayınlanan görsel, kara deliğin "gölgesinin" hemen dışındaki ortamda ışığın nasıl sarmal çizdiğini gözler önüne seriyor.
Chael'ın araştırma grubu, kara deliklerin gölgelerini modellederken yüksek enerjili plazma, manyetik alanlar ve güçlü kütle çekiminin karmaşık etkileşimlerini inceleyen gelişmiş simülasyonlar kullanıyor. Bu etkileşimler, kara deliklerin etraflarındaki maddeyi çekmesini, muazzam miktarda radyasyon yaymasını ve milyonlarca ışık yılı uzanan jetler üretmesini sağlıyor. Ekip, 11 adet genel görelilikçi manyetohidrodinamik (GRMHD) simülasyonu ile plazmanın kütle çekimi ve manyetik alan çizgileriyle nasıl etkileşimde bulunduğunu sıvı dinamiği yaklaşımıyla inceledi.
Dr. Chael, bir açıklamasında, "İlk kara delik görüntüsünü elde ettiğimizden beri, kara deliğin hemen etrafındaki ortamı anlamak için yoğun bir çaba sarf ediyoruz. Bu plazmanın, kara deliğin yuttuğu parçacıkların doğasını ve M87'de devasa, parlak altatomik parçacık jetlerini başlatan plazmayla iç içe geçmiş manyetik alanların detaylarını anlamak istiyoruz" dedi. Chael ve ekibinin kullandığı yeni yöntem, daha önceki modellerin aksine, yüklü proton ve elektronları tek bir varlık olarak ele almak yerine, bu parçacık türlerini ayrı ayrı modelleyerek aralarındaki etkileşimleri ve sıcaklık farklarını daha hassas bir şekilde incelemelerine olanak tanıyor.
Bu yeni simülasyonlar, M87'nin çevresindeki elektronların sıcaklığının daha önce düşünülenden çok daha yüksek olduğunu, protonlara göre yaklaşık 100 kat daha soğuk olduğunu ortaya koydu. Bu bulgu, elektronlar ve protonlar arasındaki sıcaklık farklarının, görüntüdeki parlaklık ve diğer özellikleri belirlemesi açısından büyük önem taşıyor. Sonuçlar, plazma fiziğindeki mevcut modeller ile EHT'nin gözlemleri arasında temel bir gerilim olduğunu vurguluyor. Chael ve ekibi, gelecekte simülasyon kodlarını daha fazla EHT verisine uygulayarak kara deliğin zaman içindeki değişimini gösteren bir film oluşturmayı planlıyor.
Ocak ayında yapılan önceki bir çalışmada, Chael'ın ekibi M87 kara deliği görüntüsünü geniş bir simülasyon yelpazesiyle karşılaştırmış ve süper kütleli kara deliğin "gölgesinin" boyutunun ve yapısının tutarlı olduğunu ancak zamanla değişebileceğini ortaya koymuştu. Ayrıca, foton halkasındaki en parlak noktanın, olay ufkuna yakın dinamik plazma akışlarındaki kaotik süreçler nedeniyle zamanla kaydığı da belirlenmişti. Farklı plazma bölgelerinin ısınıp soğumasıyla, kara deliğin görünümünde zamanla ince değişiklikler meydana geliyor.
Dr. Chael, "Kara delikler son derece karmaşık ortamlardır. Sahip olduğumuz en iyi araçlar süper bilgisayar simülasyonlarıdır. Bu bilgisayarları ve kodları inşa ederek bu kadar tuhaf ve karmaşık bir ilişkinin işleyişine dair doğru modeller oluşturabilmemiz harika. Simülasyonlar, karmaşık ve bazen öngörülemeyen şekillerde etkileşen tüm bu etkileri hesaba kattığımız konusunda bize güven veriyor" şeklinde konuştu.
