Науковці змоделювали акреційний диск чорної діри на суперкомп’ютері. Ці дивовижні утворення з розжареного газу, що надзвичайно швидко обертаються, приховують численні таємниці.
Дослідження акреційних дисків чорних дір
Дослідники з Університету Тохоку та Університету Уцуномія здійснили прорив у розумінні складної природи турбулентності у структурах, які називаються акреційними дисками, що оточують чорні діри, використовуючи найсучасніші суперкомп’ютери для проведення симуляцій із найвищою на сьогодні роздільною здатністю.
Акреційний диск, як випливає з назви, — це газ у формі диска, який закручується по спіралі всередину до центральної чорної діри. Існує великий інтерес до вивчення унікальних та екстремальних властивостей чорних дір. Однак чорні діри не пропускають світло, тому не можуть бути безпосередньо сприйняті телескопами.
Для того, щоб дослідити чорні діри та вивчити їх, ми натомість дивимось на те, як вони впливають на своє оточення. Акреційні диски є одним із таких способів опосередкованого спостереження впливу чорних дір, оскільки вони випромінюють електромагнітне випромінювання, яке можна побачити за допомогою телескопів.
Комп’ютерне моделювання акреційних дисків
«Точне моделювання поведінки акреційних дисків значно поглиблює наше розуміння фізичних явищ навколо чорних дір, — пояснює Йохеї Кавазура. — Воно дає важливу інформацію для інтерпретації даних спостережень із телескопа «Горизонт подій».
Дослідники використовували суперкомп’ютери RIKEN Fugaku (найшвидший комп’ютер у світі до 2022 року) та NAOJ ATERUI II для проведення симуляцій із безпрецедентно високою роздільною здатністю.
Хоча раніше проводились чисельні симуляції акреційних дисків, жодна з них не враховувала інерційного діапазону через брак обчислювальних ресурсів. Це дослідження було першим, яке успішно відтворило «інерційний діапазон», що з’єднує великі й малі вихори в турбулентності акреційного диска.
Особливості турбулентності в акреційних дисках
Також було виявлено, що в цьому діапазоні домінують повільні магнітозвукові хвилі. Цей висновок пояснює, чому іони вибірково нагріваються в акреційних дисках. Турбулентні електромагнітні поля в дисках взаємодіють із зарядженими частинками, потенційно прискорюючи деякі з них до надзвичайно високих енергій.
У магнітогідродинаміці основними типами хвиль є магнітозвукові (повільні та швидкі) і хвилі Альфвена. Було виявлено, що повільні магнітозвукові хвилі домінують в інерційному діапазоні, несучи приблизно вдвічі більше енергії, ніж альфвенівські хвилі. Дослідження також підкреслює фундаментальну відмінність між турбулентністю акреційного диска і турбулентністю сонячного вітру, де домінують альфвенівські хвилі.
Очікується, що це досягнення покращить фізичну інтерпретацію даних спостережень із радіотелескопів, сфокусованих на регіонах поблизу чорних дір.
За матеріалами phys.org
