超大質量ブラックホールは、人類が宇宙空間で発見した最も極端な現象の 1 つです。太陽の数十万倍、さらには数百万倍、数十億倍の質量を持つそれらは、クエーサーと呼ばれる前例のない発光現象を引き起こします。
ノースウェスタン大学の研究者らは、Summit スーパーコンピューターを使用して、超大質量ブラックホールを周回する傾斜した薄い降着円盤の「三次元一般相対論的磁気流体力学」シミュレーションを実施した。オークリッジ国立研究所の強力な高性能コンピューティング システムのおかげで、科学者はこれまで以上に現実的なブラック ホールをシミュレーションし、その過程で新しい現象を発見できるようになりました。
研究者らは、超大質量ブラックホールに関する従来の理論では、ブラックホールは数百年、場合によっては数十万年かけて徐々にガスや塵を食い荒らす天体であると考えられていると指摘した。しかし、新しいシミュレーションによると、この減少プロセスはわずか数か月で起こるようで、これは活発なクエーサーの打ち上げに必要な時間と一致しています。
ノースウェスタン大学の科学者が作成した 3 次元シミュレーションは、回転するブラック ホールが周囲の時空領域を歪めることを示しています。この現象は最終的に、降着円盤として知られるブラックホールを囲むガスと塵の渦を引き裂きます。この時空歪みプロセスの最終結果は、降着円盤を内側と外側の 2 つのサブ円盤に分割し、その後、新しい研究で説明されている超高速の摂食挙動を促進します。
研究者らは、ブラックホールの中心にある特異点が最初は内輪を飲み込むと述べている。その後、外側の円盤の破片が内側にこぼれ、内側のリングの食い込みによって生じた隙間を埋め、食い込みのプロセスが繰り返されるようになりました。科学者らは、この「食べる」→「食べる」→「食べる」という終わりのないプロセスにかかる時間はわずか数か月だと指摘しています。このタイムスケールは、以前の理論的予測と比較して信じられないほど高速です。
この新しいシミュレーションは、クェーサーなど、宇宙で観察される最も明るい天体のいくつかの挙動を明らかにすることができます。これらの準恒星天体は、その母銀河内のすべての星を合わせたものと同じくらい明るいことがありますが、数か月後には「説明もなく」消えてしまいます。ノースウェスタン大学で研究を率いたニック・カーズ氏は、古典的な降着円盤理論では、ブラックホールの周囲の円盤は非常にゆっくりと進化すると予測していると指摘した。
しかし、カッツ氏は、一部のクエーサーは数カ月または数年にわたって明るさがより劇的な変化を経験するものがあると説明した。クェーサーで観察される明るさの急速な変動は、ブラック ホールの新しいシミュレーションによる多層円盤とその複雑な物理的相互作用の観察と一致しています。