Исследование, проведённое совместными усилиями учёных из Института перспективных исследований и Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон, открывает новую главу в изучении сверхмассивных объектов, расположенных в центрах галактик. Результаты работы опубликованы в авторитетном издании The Astrophysical Journal.
Революция в моделировании космических процессов
По словам ведущего исследователя Личжуна Чжана, ключевая особенность новой модели — учёт всех значимых физических процессов, влияющих на аккрецию. Ранее учёные вынуждены были прибегать к упрощениям, что неизбежно искажало результаты. Теперь же удалось добиться поразительной точности: симуляция воспроизводит стабильное поведение чёрных дыр, наблюдаемое в реальных астрономических объектах — от ультраярких рентгеновских источников до двойных рентгеновских систем.
«Мы впервые смогли увидеть, что происходит, когда точно учитываются наиболее важные физические процессы при аккреции чёрных дыр», — подчёркивает Чжан.
Суть явления: от теории к цифровому воплощениюАккреция — процесс увеличения массы чёрной дыры за счёт поглощения окружающей материи, которая, попадая в гравитационное поле объекта, формирует раскалённый аккреционный диск. Это явление впервые было зафиксировано в 2019 году командой телескопа Event Horizon.
Особенность новой модели — отказ от прежних приближённых методов, в которых излучение рассматривалось как некая условная «жидкость». Разработанные учёными алгоритмы впервые в истории позволяют моделировать излучение в соответствии с общей теорией относительности, без упрощений.
Фокус на чёрных дырах звёздной массы
Исследователи сконцентрировались на изучении чёрных дыр звёздной массы (примерно в 10 раз тяжелее Солнца). В отличие от сверхмассивных аналогов, эти объекты демонстрируют динамичные изменения в течение часов и даже минут, что делает их идеальными для отслеживания эволюции космических гигантов.
В ходе моделирования учёные обнаружили:
- при приближении к чёрным дырам материя формирует турбулентные диски с интенсивным излучением;
- возникают мощные звёздные ветры;
- создаются условия для образования джетов (узконаправленных струй плазмы).
Примечательно, что результаты симуляции демонстрируют исключительное соответствие наблюдаемым спектральным данным, полученным при изучении реальных объектов.
Мощь современных технологий
Для реализации проекта были задействованы суперкомпьютеры Frontier и Aurora (Национальные лаборатории Ок‑Ридж и Аргонн). Эти эксафлопсные системы способны выполнять квинтиллион операций в секунду, что позволило обработать колоссальные массивы данных.
Как отмечает профессор Джеймс Стоун, соавтор исследования: «Уникальность проекта заключается не только в многолетней работе над математическим аппаратом и программным обеспечением, но и в использовании мощнейших вычислительных ресурсов планеты. Теперь перед нами стоит задача — детально проанализировать полученные научные данные».
Это достижение знаменует новый этап в астрофизике, открывая возможности для более глубокого понимания природы чёрных дыр и их роли в эволюции Вселенной.