Суперкомпьютеры раскрыли, что на самом деле происходит рядом с черной дырой
Пограничные области черных дыр должны быть хаотичными пространствами, где скорость, с которой материя втягивается в забвение, сдерживается только ослепительной яростью излучения, вытекающего из края тьмы.
Эта зона считается нестабильной, подверженной вспышкам, струям и вспышкам. Тем не менее, прогнозирование этих динамических событий может быть сложным, с математически точными описаниями искривленного пространства и экстремальной физики, окружающей доказательную проблему.
Новое исследование моделирования, проведенное учеными из Института Флэтирона в США, теперь предоставляет наиболее подробное моделирование того, как черные дыры звездной массы поглощают и извергают вещество с различной скоростью.
Что, если крошечная черная дыра прострелила ваше тело? — Физик сделал математику
Важно отметить, что исследование не опиралось на упрощения, используемые в более ранних моделях. Эти ярлыки ранее 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 наблюдений аккреционных потоков черных дыр с измерениями их спина и магнитного поля, команда разработала новую модель, которая описывает движение газа, света и магнетизма вокруг черных дыр, немного больше нашего Солнца.
«Это первый раз, когда мы смогли увидеть, что происходит, когда наиболее важные физические процессы в аккреции черных дыр включены точно», — говорит астрофизик Личжун Чжан из Института Флэтайрона.
Эти системы чрезвычайно нелинейны — любое чрезмерное упрощение может полностью изменить результат.
ApJ, 2025
Новые модели согласуются с наблюдениями различных видов систем черных дыр.Хотя подробные изображения сверхмассивных черных дыр теперь возможны, свет от более мелких объектов все еще должен быть разделен, чтобы астрономы могли составить карту распределения их энергии.
Привлекая достаточно материала, исследователи показали, что черные дыры накапливают толстые аккреционные диски, которые поглощают значительное количество излучения, высвобождая энергию вместо этого через ветры и струи.
Их моделирование этих хищных черных дыр также показало, как образуется узкая воронка, которая с поразительной скоростью поглощает материал и создает луч исходящего излучения, который можно наблюдать только на определенных благоприятных углах обзора.
Команда также обнаружила, что конфигурация окружающего магнитного поля может играть значительную роль в поведении черной дыры, помогая направлять поток газа к ее горизонту и снова выходить из него в виде ветров и струй.
«Наш алгоритм является единственным, который существует в настоящее время, и обеспечивает решение, рассматривая излучение, как оно есть в общей теории относительности», — говорит Чжан.
Моделирование включает общую теорию относительности Эйнштейна, которая описывает, как массы искажают пространство и время, а также подробные модели, охватывающие законы физики, которые управляют газом плазмы, магнитными полями и тем, как свет взаимодействует с материей.
«Наши методы точно фиксируют распространение фотонов в искривленном пространстве-времени, и когда они соединены с жидкостью, они сближаются с известными решениями для линейных волн и ударов», — пишут исследователи.
Далее исследователи хотят выяснить, могут ли их симуляции также применяться к другим типам черных дыр, включая сверхмассивную черную дыру Стрельца А* в центре нашего Млечного Пути.
Они также предполагают, что их моделирование может помочь решить загадку недавно обнаруженных «маленьких красных точек», которые излучают меньше рентгеновского излучения, чем ожидалось.
«Хотя наши модели используют непрозрачность, подходящую для черных дыр звездной массы, вполне вероятно, что многие общие особенности наших результатов также будут применяться к аккреции на сверхмассивные черные дыры», — пишут исследователи.
Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysical Journal.
