Черные дыры по своей природе сложны для наблюдения и обнаружения. Обычно именно наблюдения за аккреционным диском раскрывают свойства скрытой черной дыры. Часто в аккреционном диске достаточно материала, чтобы заставить их светиться так ярко, что они часто могут быть одними из самых ярких объектов в космосе. Было опубликовано замечательное изображение, которое показывает самое высокое разрешение моделирования аккреционного диска черной дыры, когда-либо созданное.
Концепция черных дыр была впервые предложена физиком Джоном Митчеллом в 1784 году, но именно общая теория относительности Эйнштейна предоставила необходимую физику для их понимания. Первое косвенное наблюдение черной дыры произошло в 1971 году за Cygnus X-1, черной дырой в центре нашей галактики Млечный Путь. С тех пор было идентифицировано больше кандидатов, а первое изображение черной дыры было получено в 2019 году.
Анатомия черных дыр завораживает, и одним из самых полезных для астрономов является аккреционный диск. Это закрученный диск пыли и газа, который вращается вокруг черной дыры, медленно сворачиваясь по спирали внутрь, прежде чем потеряться за горизонтом событий. По мере ускорения материала он нагревается из-за гравитационных сил и испускает энергию, которую мы часто можем обнаружить с Земли в виде рентгеновских лучей и ультрафиолетового излучения.
Группа исследователей из Университета Тохоку и Университета Уцуномии объявили о своем прорыве в понимании аккреционных дисков. Используя мощь суперкомпьютеров, таких как «Fugaku» от RIKEN (крупнейшего в Японии комплексного исследовательского института) и «ATERUI II» Национальной астрономической обсерватории Японии, группа создала симуляции аккреционного диска с самым высоким разрешением для моделирования сложной, почти хаотической природы турбулентности в дисках.
Попытки предпринимались и раньше, но ни одна из них не наблюдала инерционный диапазон, в основном из-за нехватки вычислительной мощности… до сих пор. Это недавнее исследование японской команды успешно воспроизвело наблюдаемые связи между большими и малыми вихрями в турбулентности аккреционного диска, так называемый «инерционный диапазон». Результаты представляют собой значительный шаг вперед в понимании физики сред и процессов вокруг черных дыр и того, как турбулентность позволяет материалу транспортироваться к центральной черной дыре.
Команда также выяснила, почему ионы избирательно нагреваются в аккреционных дисках. Медленные магнитозвуковые волны распространяются и доминируют в области, вызывающей нагрев. Эти волны представляют собой низкочастотные волны сжатия, которые приводятся в действие взаимодействием между магнитным полем и электропроводящим материалом. Команда показала, что именно эти волны, как полагают, управляют процессом нагрева.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances 28 августа, поможет в интерпретации данных, полученных с таких телескопов, как Event Horizon, который является одним из многих, занимающихся изучением черных дыр.
Источник: Моделирование на суперкомпьютере раскрывает природу турбулентности в аккреционных дисках черных дыр
