Ученые из Университета Тохоку и Университета Уцуномия добились значительного прорыва в понимании турбулентности, происходящей в аккреционных дисках вокруг черных дыр, благодаря суперкомпьютерам, которые позволили провести моделирование с беспрецедентно высоким разрешением. Аккреционные диски — это газовые структуры, которые спирально закручиваются в сторону черной дыры.
Интерес к исследованию черных дыр огромен, однако их нельзя увидеть напрямую, так как они не выпускают свет. Поэтому ученые исследуют черные дыры через их влияние на окружающую среду. Аккреционные диски испускают электромагнитное излучение, которое можно зафиксировать телескопами, что позволяет косвенно наблюдать за черными дырами.
Точные модели поведения аккреционных дисков дают нам более глубокое понимание физики вокруг черных дыр. Они помогают нам интерпретировать данные, полученные с телескопа Event Horizon.
В своем исследовании ученые использовали мощные суперкомпьютеры, такие как "Fugaku" от RIKEN и "ATERUI II" от NAOJ, что позволило им провести моделирование с высоким разрешением, недостижимым ранее. Это исследование стало первым, где удалось воспроизвести так называемый "инерционный диапазон", связывающий крупные и мелкие вихри в турбулентности аккреционного диска.
Исследование также показало, что в этом диапазоне доминируют медленные магнитозвуковые волны. Это объясняет, почему в аккреционных дисках происходит выборочный нагрев ионов. Турбулентные электромагнитные поля в аккреционных дисках взаимодействуют с заряженными частицами, ускоряя некоторые из них до высоких энергий.
В магнитогидродинамике медленные и быстрые магнитозвуковые волны, а также волны Альвена — это основные типы волн. В исследовании обнаружено, что медленные магнитозвуковые волны переносят в два раза больше энергии, чем волны Альвена, что отличается от турбулентности в солнечном ветре, где доминируют именно волны Альвена.
Этот прорыв обещает улучшить интерпретацию данных, полученных радиотелескопами, нацеленными на области вокруг черных дыр.