علماء ناسا يصنعون نفاثات ثقب أسود بحاسوب عملاق

بالاستفادة من مركز ناسا لمحاكاة المناخ (NCCS) ، أجرى علماء مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا 100 محاكاة لاستكشاف النفاثات – حزم ضيقة من الجسيمات النشطة – التي تظهر بسرعة الضوء تقريبًا من الثقوب السوداء الهائلة. تقع هذه الكواكب العملاقة في مراكز المجرات النشطة المكونة للنجوم مثل مجرتنا درب التبانة ، ويمكن أن تزن ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس.

كما تتدفق الطائرات والرياح من هذه نوى المجرة النشطة (AGN) ، إنهم “ينظمون الغاز في مركز المجرة ويؤثرون على أشياء مثل معدل تشكل النجوم وكيف يمتزج الغاز مع بيئة المجرة المحيطة” ، كما أوضح قائد الدراسة رايان تانر ، باحث ما بعد الدكتوراة في وكالة ناسا للأشعة السينية. معمل الفيزياء الفلكية.

“من أجل عمليات المحاكاة التي أجريناها ، ركزنا على نفاثات منخفضة السطوع أقل دراسة ، وكيف تحدد تطور المجرات المضيفة.” قال تانر. تعاون مع عالمة الفيزياء الفلكية في مختبر الأشعة السينية كيمبرلي ويفر في الدراسة الحسابية ، والتي تظهر في المجلة الفلكية.

جاءت الأدلة الرصدية للطائرات النفاثة وتدفقات النوى المجرية النشطة الأخرى أولاً من التلسكوبات الراديوية ولاحقًا تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية للأشعة السينية. على مدى الثلاثين إلى الأربعين عامًا الماضية ، جمع علماء الفلك بما في ذلك ويفر تفسيرًا لأصلهم من خلال ربط الملاحظات الضوئية والراديوية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية (انظر الصورة التالية أدناه).

وأوضح تانر: “يسهل العثور على النفاثات عالية السطوع لأنها تخلق هياكل ضخمة يمكن رؤيتها في عمليات الرصد الراديوي”. “تعتبر النفاثات منخفضة السطوع تحديًا للدراسة بالملاحظة ، لذا فإن مجتمع علم الفلك لا يفهمها أيضًا.”

أدخل عمليات المحاكاة التي تدعمها أجهزة الكمبيوتر الفائقة التابعة لوكالة ناسا. لظروف بداية واقعية ، استخدم تانر ويفر الكتلة الكلية لمجرة افتراضية بحجم مجرة ​​درب التبانة. بالنسبة لتوزيع الغاز وخصائص النوى المجرية النشطة الأخرى ، نظروا إلى الحلزوني المجرات مثل NGC 1386 و NGC 3079 و NGC 4945.

قام تانر بتعديل كود أثينا للفيزياء الفلكية المائية لاستكشاف تأثيرات الطائرات والغاز على بعضها البعض عبر 26000 سنة ضوئية من الفضاء ، أي حوالي نصف نصف قطر مجرة ​​درب التبانة. من المجموعة الكاملة المكونة من 100 عملية محاكاة ، اختار الفريق 19 عملية – استهلكت 800000 ساعة أساسية على NCCS Discover supercomputer – للنشر.

قال تانر: “إن القدرة على استخدام موارد الحوسبة الفائقة التابعة لوكالة ناسا سمحت لنا باستكشاف مساحة معلمة أكبر بكثير مما لو كان علينا استخدام موارد أكثر تواضعًا”. “أدى هذا إلى الكشف عن علاقات مهمة لم نتمكن من اكتشافها في نطاق محدود”.

كشفت عمليات المحاكاة عن خاصيتين رئيسيتين للطائرات منخفضة السطوع:

• يتفاعلون مع مجرتهم المضيفة أكثر بكثير من النفاثات عالية السطوع.
• كلاهما يؤثران ويتأثران بالوسط النجمي داخل المجرة ، مما يؤدي إلى تنوع أكبر في الأشكال أكثر من اللمعان العالي الطائرات.

“لقد أوضحنا الطريقة التي يؤثر بها النوى المجري النشطة على مجراته ويخلق خصائص فيزيائية، مثل الصدمات في وسط بين نجمي، التي لاحظناها منذ حوالي 30 عامًا ، “قال ويفر.” هذه النتائج تقارن بشكل جيد مع الملاحظات البصرية والأشعة السينية. لقد فوجئت بمدى توافق النظرية مع الملاحظات وتعالج الأسئلة الطويلة الأمد التي طرحتها حول نواة الخلية الحية والتي درستها كطالب دراسات عليا ، مثل NGC 1386! والآن يمكننا التوسع إلى عينات أكبر. ”