Вчені використали суперкомп’ютери, щоб детально розглянути те, що насправді відбувається поблизу чорної діри – у зоні, яку астрономи вважають однією з найхаотичніших у Всесвіті. Саме тут речовина стрімко зникає за межею горизонту подій, а її падіння стримується лише шаленим тиском випромінювання, що виривається з темної безодні.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Ця область традиційно вважається нестабільною, схильною до спалахів, викидів струменів і раптових вибухових подій. Однак точно передбачати таку поведінку надзвичайно складно, адже математично коректно описати викривлений простір і екстремальні фізичні умови навколо чорних дір виявляється серйозним викликом навіть для сучасної науки.
Нове моделювання, яке провели американські вчені, представило найдетальніші на сьогодні симуляції того, як чорні діри зоряної маси поглинають і водночас викидають матерію з різною швидкістю. Важливо, що команда відмовилася від спрощень, на які спиралися попередні моделі. Раніше такі припущення були необхідні, щоб узагалі зробити розрахунки можливими, але цього разу симуляції базувалися на значно складніших і реалістичніших даних.
Використовуючи два потужні суперкомп’ютери, дослідники поєднали спостереження за потоками акреції навколо чорних дір з вимірами їхнього обертання та магнітних полів. У результаті вдалося створити нову модель, яка описує рух газу, світла й магнітних структур навколо об’єктів, що за масою лише трохи перевищують наше Сонце. “Ми вперше змогли побачити, що відбувається, коли найважливіші фізичні процеси в акреції чорних дір включені точно, – каже астрофізик Лі Чжун Чжан. – Ці системи є надзвичайно нелінійними, будь-яке спрощене припущення може змінити результат”.
Нові симуляції узгоджуються зі спостереженнями різних типів чорних дір. Якщо надмасивні чорні діри вже вдається фотографувати безпосередньо, то світіння менших об’єктів усе ще доводиться ретельно аналізувати, щоб відтворити розподіл їхньої енергії. Дослідження показало, що за умови притягування достатньої кількості речовини чорні діри формують щільні акреційні диски, які поглинають значну частину випромінювання і вивільняють енергію у вигляді вітрів і струменів.
Моделювання також продемонструвало, як у таких “ненаситних” системах формується вузький канал, що затягує матеріал з колосальною швидкістю та створює спрямований пучок випромінювання. Побачити його можна лише з певних, сприятливих кутів спостереження. Окрім того, вчені встановили, що конфігурація навколишнього магнітного поля впливає на поведінку чорної діри, скеровуючи потоки газу як до горизонту подій, так і назад. “Наш алгоритм зараз єдиний надає рішення, розглядаючи випромінювання таким, яким воно є насправді в загальній теорії відносності”, – додали вчені.
Моделювання включає загальну теорію відносності Ейнштейна, яка описує, як маси спотворюють простір і час. “Наші методи точно фіксують поширення фотонів у викривленому просторі-часі, а в поєднанні з рідиною збігаються з відомими рішеннями для лінійних хвиль і ударів”, – пишуть дослідники. У майбутньому команда планує перевірити, чи підходять ці симуляції й для інших типів чорних дір, зокрема для Стрільця A* в центрі Чумацького Шляху.
Також дослідники припускають, що їхня робота може допомогти розгадати природу нещодавно виявлених “маленьких червоних точок”, які випромінюють менше рентгенівського світла, ніж очікувалося. Хоча моделі використовують параметри, характерні для чорних дір зоряної маси, автори вважають, що багато загальних рис можуть бути справедливими й для процесів акреції на надмасивні чорні діри.
Читайте також:
- Астрономи вперше зафіксували ефект скручування простору-часу біля чорної діри
- Турецькі F-16 збили «некерований» дрон над Чорним морем