Создана первая полная 3D-симуляция черной дыры: она не похожа на учебник

Ученые впервые смоделировали вращающуюся черную дыру с высочайшей детализацией, отказавшись от всех упрощений. Результаты показали, что реальная черная дыра с «хорошим аппетитом» — это не аккуратный тонкий диск, а турбулентная «пышка» с мощными ветрами и струями плазмы. Новая модель идеально совпадает с данными реальных наблюдений.

Создана первая полная 3D-симуляция черной дыры: она не похожа на учебник

Отчёт о проделанной работе опубликован в свежем выпуске журнала The Astrophysical Journal. Это самая детальная на сегодняшний день суперкомпьютерная симуляция процессов аккреции вокруг чёрных дыр звёздной массы (сравнимой с солнечной). Исследование выполнено под руководством астрофизика Лижонга Чжана (Lizhong Zhang) из Института Флэтайрон (Flatiron Institute). Группа использовала два мощных суперкомпьютера для моделирования динамики чёрной дыры без прежних упрощений, впервые точно учтя все ключевые физические процессы: вращение чёрной дыры, сильные магнитные поля, общую теорию относительности (движение фотонов в искривлённом пространстве-времени), а также взаимодействие излучения с плазмой и газом.

Симуляции показали, что вокруг быстро вращающейся чёрной дыры с хорошим аппетитом — с высокой скоростью аккреции — формируется толстый газовый диск, который к центру становится плотнее. Как и в жизни, чёрные дыры Шварцшильда с изящными тонкими модельными дисками аккреции взаправду оказались пышками далеко не модельной внешности, о чём говорит изображение выше. При этом мощные магнитные поля организуют поток газа, создавая ветра частиц и направленные джеты (струи плазмы), выбрасываемые наружу. Над полюсами чёрной дыры образуется узкая воронкообразная структура, ускоренно втягивающая материю к горизонту событий и генерирующая интенсивный пучок излучения, видимый только под определёнными углами.

Воссозданная модель объясняет, как чёрные дыры высвобождают огромную энергию через ветра и джеты вместо простого поглощения излучения диском. Результаты расчётов хорошо согласуются с реальными наблюдениями различных чёрных дыр. По словам учёных, это первое моделирование, точно учитывающее излучения чёрной дыры в рамках общей теории относительности, что открывает новые возможности для понимания экстремальных условий вблизи этих объектов.

В своей дальнейшей работе учёные попытаются сопоставить результаты моделирования чёрных дыр звёздной массы с наблюдением сверхмассивных чёрных дыр. Не исключено, что многое из смоделированного найдёт подтверждение в объектах с более крупной массой. Также учёные надеются, что модели помогут объяснить недавно открытые на заре Вселенной «маленькие красные точки» — сверхмассивные чёрные дыры с необычной динамикой в дисках аккреции.

Читайте также

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе

Прорыв в поиске новой Земли: фотонные фонари позволят изучить атмосферы экзопланет

Прорыв в поиске новой Земли: фотонные фонари позволят изучить атмосферы экзопланет

Ученые предупредили о растущем загрязнении атмосферы из-за запусков ракет SpaceX и других космических компаний

Ученые предупредили о растущем загрязнении атмосферы из-за запусков ракет SpaceX и других космических компаний

Обычная тепловизионная камера поможет LIGO видеть гравитационные волны из более далеких уголков Вселенной

Обычная тепловизионная камера поможет LIGO видеть гравитационные волны из более далеких уголков Вселенной

Исследование о ранней Вселенной рассказало, как накопление металлов привело к появлению планет и жизни

Исследование о ранней Вселенной рассказало, как накопление металлов привело к появлению планет и жизни

«Юнона» впервые заглянула под поверхность Ио и раскрыла скрытый источник тепла спутника Юпитера

«Юнона» впервые заглянула под поверхность Ио и раскрыла скрытый источник тепла спутника Юпитера

Астронавт NASA призвал отказаться от первой высадки у Южного полюса Луны

Астронавт NASA призвал отказаться от первой высадки у Южного полюса Луны

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA