AstroJournal: создана детальная симуляция поглощения вещества в черных дырах

Международная группа астрофизиков представила самые детальные на сегодняшний день компьютерные симуляции поглощения вещества черными дырами звездной массы. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal (AstroJournal).

Границы черных дыр считаются одними из самых хаотичных областей во Вселенной: материя там одновременно падает к горизонту событий и выбрасывается наружу в виде мощных струй и вспышек излучения.

Однако из-за сложности физических процессов — от искривления пространства-времени до взаимодействия света, плазмы и магнитных полей — предсказать поведение таких систем до сих пор было крайне трудно.

В отличие от предыдущих моделей, ученые отказались от упрощающих допущений, которые раньше были необходимы из-за вычислительных ограничений. Используя два мощных суперкомпьютера, команда объединила астрономические наблюдения с данными о вращении черных дыр и структуре их магнитных полей. Это позволило создать модель, в которой одновременно учитываются общая теория относительности Эйнштейна, физика плазмы, магнитогидродинамика и перенос излучения.

Симуляции показали, что у быстро вращающихся черных дыр формируется плотный аккреционный диск, который поглощает значительную часть излучения. Энергия при этом уходит не напрямую, а через мощные ветры и узкие релятивистские джеты, направляемые магнитными полями. Также возникает своеобразная "воронка", через которую материя падает с экстремально высокой скоростью, а излучение выходит узким пучком и может наблюдаться лишь при удачном угле зрения.

Отдельную роль, как выяснилось, играет конфигурация магнитного поля: она не только направляет поток газа к горизонту событий, но и определяет, как часть вещества и энергии возвращается обратно в космос.

Авторы считают, что результаты помогут лучше интерпретировать наблюдения черных дыр, в том числе объяснить природу недавно обнаруженных "малых красных точек" — объектов, которые излучают меньше рентгеновского света, чем ожидалось. В дальнейшем команда планирует проверить, применимы ли эти модели к сверхмассивным черным дырам, включая Стрелец A* в центре Млечного Пути.