Ученые смоделировали аккреционный диск черной дыры на суперкомпьютере. Эти удивительные образования из раскаленного газа, которые чрезвычайно быстро вращаются, скрывают многочисленные тайны.
Исследование аккреционных дисков черных дыр
Исследователи из Университета Тохоку и Университета Уцуномия совершили прорыв в понимании сложной природы турбулентности в структурах, которые называются аккреционными дисками, окружающими черные дыры, используя самые современные суперкомпьютеры для проведения симуляций с самым высоким на сегодня разрешением.
Аккреционный диск, как следует из названия, — это газ в форме диска, который закручивается по спирали внутрь к центральной черной дыре. Есть большой интерес к изучению уникальных и экстремальных свойств черных дыр. Однако черные дыры не пропускают свет, поэтому не могут быть непосредственно восприняты телескопами.
Чтобы исследовать черные дыры и изучить их, мы смотрим на то, как они влияют на свое окружение. Аккреционные диски являются одним из таких способов опосредованного наблюдения за влиянием черных дыр, поскольку они излучают электромагнитное излучение, которое можно увидеть с помощью телескопов.
Компьютерное моделирование аккреционных дисков
«Точное моделирование поведения аккреционных дисков значительно углубляет наше понимание физических явлений вокруг черных дыр, — объясняет Йохеи Кавазура. — Оно дает важную информацию для интерпретации данных наблюдений с телескопа «Горизонт событий».
Исследователи использовали суперкомпьютеры RIKEN Fugaku (самый быстрый компьютер в мире до 2022 года) и NAOJ ATERUI II для проведения симуляций с беспрецедентно высоким разрешением.
Хотя ранее проводились многочисленные симуляции аккреционных дисков, ни один из них не учитывал инерционный диапазон из-за отсутствия вычислительных ресурсов. Это исследование было первым, успешно воссоздавшим инерционный диапазон, соединяющий большие и малые вихри в турбулентности аккреционного диска.
Особенности турбулентности в аккреционных дисках
Также было обнаружено, что в этом диапазоне доминируют медленные магнитозвуковые волны. Этот вывод объясняет, почему ионы избирательно нагреваются в аккреционных дисках. Турбулентные электромагнитные поля в дисках взаимодействуют с заряженными частицами, потенциально ускоряя некоторые из них до чрезвычайно высоких энергий.
В магнитогидродинамике основными типами волн являются магнитозвуковые (медленные и быстрые) и волны Альфвена. Было обнаружено, что медленные магнитозвуковые волны доминируют в инерционном диапазоне, неся примерно вдвое больше энергии, чем альфвеновские волны. Исследование также подчеркивает фундаментальное различие между турбулентностью аккреционного диска и турбулентностью солнечного ветра, где доминируют альфвеновские волны.
Ожидается, что это достижение улучшит физическую интерпретацию данных наблюдений с радиотелескопов, сфокусированных на регионах вблизи черных дыр.
По материалам phys.org
