Суперкомпьютеры только что раскрыли, что на самом деле происходит вблизи черной дыры
Границы черных дыр должны представлять собой хаотические пространства, где скорость, с которой материя погружается в небытие, сдерживается только ослепляющей яростью излучения, вырывающегося из края тьмы.
Эта зона считается нестабильной, склонной к вспышкам, джетам и вспышкам. Тем не менее, предсказание этих динамических событий может быть сложным, поскольку математически точные описания искривленного пространства и экстремальной физики вокруг оказываются сложной задачей.
Новое исследование моделирования, проведенное исследователями из Института Флэтайрон в США, теперь предоставляет наиболее подробные на сегодняшний день модели того, как черные дыры звездной массы поглощают и извергают материю с различной скоростью.
По теме: Что, если крошечная черная дыра пронзит ваше тело? Физик посчитал
Важно отметить, что исследование не опиралось на упрощения, использованные в более ранних моделях. Раньше эти сокращения были необходимы только для того, чтобы сделать расчеты возможными, но здесь моделирование было основано на гораздо более сложных данных.
Используя два мощных суперкомпьютера для объединения обзорных наблюдений за потоками аккреции черных дыр с измерениями их вращения и магнитного поля, команда разработала новую модель, которая описывает движение газа, света и магнетизма вокруг черных дыр, размером чуть больше нашего собственного Солнца.
«Это первый раз, когда мы смогли посмотрите, что происходит, когда наиболее важные физические процессы при аккреции черной дыры точно учтены», — говорит астрофизик Личжун Чжан из Института Флэтайрон.
«Эти системы чрезвычайно нелинейны — любое чрезмерно упрощающее предположение может полностью изменить результат».
Новое моделирование согласуется с наблюдениями за различными видами систем черных дыр. Хотя теперь возможны подробные изображения сверхмассивных черных дыр, свет от более мелких объектов все еще необходимо отделять, чтобы астрономы могли составить карту распределения их энергии.
Привлекая достаточно материала, как показали исследователи, черные дыры накапливают толстые аккреции диски, которые поглощают значительное количество радиации, высвобождая энергию вместо этого через ветры и струи.
Их моделирование этих хищных черных дыр также показало, как формируется узкая воронка, которая поглощает материал с поразительной скоростью и создает луч исходящего излучения, который можно наблюдать только под определенными, благоприятными углами обзора.
Команда также обнаружила, что конфигурация окружающего магнитного поля может играть значительную роль в поведении черной дыры, помогая направлять поток газа к горизонту и снова наружу в виде ветров и струй.
«Наш алгоритм — единственный существующий на данный момент алгоритм, который дает решение, рассматривая излучение так, как оно есть на самом деле в общей теории относительности», — говорит Чжан.
Моделирование включает в себя общую теорию относительности Эйнштейна, которая описывает, как массы искажают пространство и время, а также подробные модели, охватывающие законы физики, управляющие плазменным газом, магнитными полями и тем, как свет взаимодействует с
«Наши методы точно фиксируют распространение фотонов в искривленном пространстве-времени, и при их соединении с жидкостью они сходятся к известным решениям для линейных волн и ударов», — пишут исследователи.
Далее исследователи хотят посмотреть, можно ли их моделирование также применить к другим типам черных дыр, включая сверхмассивную черную дыру Стрельца A* в центре нашего Млечного Пути.
Они также предполагают, что их моделирование может помочь решить проблему загадка недавно обнаруженных «маленьких красных точек», которые излучают меньше рентгеновского излучения, чем ожидалось.
«Хотя в наших моделях используются непрозрачности, подходящие для черных дыр звездной массы, вполне вероятно, что многие общие особенности наших результатов будут также применимы и к аккреции на сверхмассивные черные дыры», — пишут исследователи.
Результат исследования был опубликован в The Astrophysical Journal.
