Нове розуміння загадкових струменів чорних дір

Завдяки першим симуляціям, виконаним на суперкомп’ютері, вчені отримали нове уявлення про один з найбільш загадкових явищ – поведінка релятивістських струменів, що надходять з чорних дір.

Просунуті симуляції показують, що струменеві потоки поступово змінюють спрямованість в небі, через що простір-час втягується в обертання чорної діри. Це поведінка узгоджується з передбаченнями Альберта Ейнштейна про екстремальну гравітації поблизу обертових чорних дір.

Розуміння процесу обертання чорних дір і спотворення простору-часу навколо них поки залишається все ще туманною головоломкою. Але суперкомп’ютер поступово наближає нас до відповіді.

Стрімко обертові чорні діри не тільки поглинають матерію, але і вивільняють енергію у вигляді релятивістських струменів. Вступники в дірку газові та магнітні поля обертаються, формуючи диск – заплутані лінії магнітного поля і розпечений газ. Чорна діра вбирає цей астрономічний бульйон, залишаючи лінії магнітного поля. Це трансформує чорну діру в стартовий майданчик, з якої енергія у вигляді релятивістських струменів виривається в простір.

Симуляція, створена на суперкомп’ютері Blue Waters. Вона демонструє, що релятивістські струмені слідують разом з прецессией похилого аккреционного диска навколо чорної діри. Це симуляція найвищого дозволу аккреционного чорної діри

Випущені струменя набагато легше вивчати, ніж самі чорні діри. Це дослідження дозволяє зрозуміти, наскільки стрімко змінюється напрямок струменя, а також розібратися в спрямованості і параметрах диска, що обертається.

Ранні моделі концентрувалися на вирівняних дисках. У реальності вони розташовані під нахилом (диск обертається навколо окремої осі від чорної діри). Дослідження підтверджує, що при нахилі диски змінюють спрямованість щодо чорної діри.

Раніше прецессирует струменя не могли відшукати, тому що створення 3D-моделі області навколо стрімко обертається чорної діри вимагає величезної обчислювальної потужності. Саме тому довелося написати перший код моделювання чорної діри, прискорений графічними процесорами. У підсумку, вчені змогли протестувати симуляції на одному з найбільших суперкомп’ютерів у світі Blue Waters.

Висока роздільна здатність дозволило вперше переконатися, що дрібномасштабні турбулентні руху диска зафіксувалися в моделях. Дивно, але руху виявилися настільки сильними, що вони змусили диск відгодовуватися, а прецесію зупинитися.

Порівняння симуляції з низьким дозволом (зліва) і високим від Blue Waters (праворуч). Друга модель показує, що прецесія і вирівнювання сповільнюються через розширення диска через магнітної турбулентності

Акреція чорної діри – неймовірно складна система, що нагадує ураган. Але процес відбувається настільки далеко, що ми не можемо розглянути робили. Тому симуляції дозволяють набагато виразніше зрозуміти поведінку чорних дір.

Результати моделювання вплинуть на подальші дослідження, пов’язані з обертовими чорними дірами. Це також допоможе розібратися в гравітаційних хвилях, створених ударом нейтронних зірок і електромагнітних феєрверки. Розрахунки вплинуть і на інтерпретацію спостереження Телескопа Горизонтов Подій, записуючого тінь надмасивної чорної діри в галактичному центрі.

До того ж прецесія струменів змогла пояснити коливання інтенсивного світла, що відбувається через чорних дір. Йдеться про квазипериодических коливаннях. Вперше їх помітили в 1985 році.

Ссылка на основную публикацию