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

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом