Створена перша в історії симуляція справжньої чорної діри зоряної маси

В астрофізиці чорні діри зазвичай розглядаються за спрощеною моделлю Шварцшильда. Рідше створюються симуляції для аналізу тих чи інших аспектів фізики цих об'єктів. Але щоб створити комплексну і максимально наближену до реальності модель чорної діри — такого ще не було. Вперше таку роботу провели в США для чорної діри зоряної маси, що стало відправною точкою для розширення досліджень.

Джерело зображень: Flatiron Institute

Звіт про виконану роботу опубліковано в свіжому випуску журналу The Astrophysical Journal. Це найдетальніша на сьогоднішній день суперкомп'ютерна симуляція процесів акреції навколо чорних дір зоряної маси (порівнянної з сонячною). Дослідження виконано під керівництвом астрофізика Ліжонга Чжана (Lizhong Zhang) з Інституту Флэтайрон (Flatiron Institute). Група використала два потужних суперкомп'ютери для моделювання динаміки чорної діри без попередніх спрощень, вперше точно врахувавши всі ключові фізичні процеси: обертання чорної діри, сильні магнітні поля, загальну теорію відносності (рух фотонів у викривленому просторі-часі), а також взаємодію випромінювання з плазмою і газом.

Симуляції показали, що навколо швидко обертової чорної діри з хорошим апетитом — з високою швидкістю акреції — формується товстий газовий диск, який до центру стає щільнішим. Як і в житті, чорні діри Шварцшильда з витонченими тонкими модельними дисками акреції насправді виявилися пишками далеко не модельної зовнішності, про що свідчить зображення вище. При цьому потужні магнітні поля організовують потік газу, створюючи вітри частинок і спрямовані джети (струмені плазми), що викидаються назовні. Над полюсами чорної діри утворюється вузька воронкоподібна структура, прискорено втягуюча матерію до горизонту подій і генеруюча інтенсивний пучок випромінювання, видимий лише під певними кутами.

Відтворена модель пояснює, як чорні діри вивільняють величезну енергію через вітри і джети замість простого поглинання випромінювання диском. Результати розрахунків добре узгоджуються з реальними спостереженнями різних чорних дір. За словами вчених, це перше моделювання, яке точно враховує випромінювання чорної діри в рамках загальної теорії відносності, що відкриває нові можливості для розуміння екстремальних умов поблизу цих об'єктів.

У своїй подальшій роботі вчені спробують зіставити результати моделювання чорних дір зоряної маси з спостереженнями надмасивних чорних дір. Не виключено, що багато з змодельованого знайде підтвердження в об'єктах з більшою масою. Також вчені сподіваються, що моделі допоможуть пояснити нещодавно відкриті на зорі Всесвіту «маленькі червоні точки» — надмасивні чорні діри з незвичайною динамікою в дисках акреції.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки