A világ jelenlegi legnagyobb számítási teljesítményű szuperszámítógépe, a Frontier segítségével amerikai és európai kutatók galaxis-halmazokat modelleztek, feltárva, hogy hogyan stabilizálják a fekete lyukak az univerzum legnagyobb rendszereit. A több milliárd éven átívelő szimulációk most először mutatták meg részletesen, miként szabályozzák a szupernagy tömegű fekete lyukak a galaxis-halmazok energiaviszonyait és stabilitását.

A vizsgálatok középpontjában az aktív galaktikus magok álltak: ezek a Napnál milliárdszor nagyobb fekete lyukak, amelyek környezetükbe hőt, port és gázt bocsátanak ki. A kutatók egy milliárd naptömegű fekete lyukat helyeztek el egy kvadrillió naptömegű galaxis-halmaz közepén, majd a rendszer fejlődését követték nyomon milliárd éveken keresztül. A szimuláció során a fekete lyuk által kilövellt jetek sebességét – a számítási kapacitás határai miatt – a fénysebesség 5 százalékára kellett korlátozni, így is kétmillió lépésbe telt a folyamat lefuttatása.

A Frontier 2 exaflopos számítási kapacitása – azaz másodpercenként két kvintillió művelet – tette lehetővé, hogy a kutatók olyan részleteket is feltárjanak, amelyekre korábban semmilyen modell nem volt képes. „Alapvetően azt szerettük volna megérteni, hogyan szabályozzák önmagukat ezek a galaxisok az univerzum élettartama alatt” – mondta Brian O’Shea, a Michigani Állami Egyetem számítógépes asztrofizikusa, a tanulmány társszerzője.

A legfontosabb eredmény a galaxis-halmazokat övező gázfilamentumok szimulációs megjelenítése volt. Ezeket a szerkezeteket korábban a Perseus-halmazban és más rendszerekben is megfigyelték, ám kialakulásuk okai mindeddig rejtélynek számítottak. A mostani kutatás bebizonyította, hogy a hideg gázok és a több tíz millió fokos plazma kölcsönhatása, valamint a környező mágneses terek turbulenciája alakítja ki a jelenséget.

A tudományos áttörés a kutatók szerint a galaxis-halmazok önszabályozásának megértése segíthet a szupernóva-robbanások és a fúziós reaktorokban tapasztalható plazma-turbulenciák vizsgálatában is.

Forrás: Interesting Engineering

Borítókép forrása: Wikipedia / Brian O’Shea, Michigan State University