Создана самая реалистичная модель окрестностей черной дыры

Ученым впервые удалось обойтись без упрощений, но потребовался суперкомпьютер — и не один.

Исследователи из Института Флэтайрон создали самую реалистичную на данный момент модель окрестностей черной дыры. Модель описывает, как материя поглощается черной дырой и одновременно выбрасывается наружу.

Область вокруг черной дыры считается одной из самых нестабильных зон во Вселенной. Вещество здесь ускоряется до огромных скоростей, пространство и время сильно искажены, а мощное излучение и магнитные поля формируют вспышки, выбросы и струи газа.

До сих пор моделирование таких процессов требовало существенных упрощений, поскольку точные расчеты были слишком ресурсоемкими. Чтобы построить полноценную модель, ученые использовали два суперкомпьютера.

Исследователи объединили данные наблюдений аккреционных потоков с информацией о вращении черных дыр и структуре их магнитных полей. В результате была создана модель, одновременно учитывающая общую теорию относительности, физику плазмы, магнитогидродинамику и взаимодействие излучения с веществом.

Симуляции показали, что у быстро вращающихся черных дыр формируются плотные и «толстые» аккреционные диски, способные поглощать значительную часть излучения. Высвобождаемая энергия перераспределяется в мощные джеты.

Кроме того, оказалось, что вблизи полюсов возникает узкая воронка, через которую вещество падает на черную дыру с особенно высокой скоростью, формируя направленный пучок излучения, заметный лишь под определенными углами.

Также модель показала, что конфигурации магнитных полей сильно влияют на поведение всей системы, как направляя потоки газа к горизонту событий, так и нацеливая их обратно, в виде выбросов вещества.

Создатели модели отмечают, что сейчас только их разработка позволяет напрямую сравнивать результаты расчетов с наблюдениями реальных астрофизических объектов. О результатах таких сравнений пока не сообщалось, но модель планируют протестировать на нескольких сверхмассивных черных дырах.