Астрономи вперше довели, що чорна діра може змінювати свій вигляд у реальному часі

Науковці з колаборації Event Hori­zon Tele­scope (EHT) використали суперкомп’ютерні симуляції для дослідження складного середовища поблизу горизонту подій чорної діри в галактиці Messier 87. Новий підхід дозволив виявити значні температурні відмінності між електронами та протонами в плазмі навколо надмасивного об’єкта.

Група під керівництвом Ендрю Чейла з Принстонського університету провела 11 загальнорелятивістських магнітогідродинамічних симуляцій на суперкомп’ютерах Stampede2 та Stampede3 Техаського центру передових обчислень. Моделювання включало плазму, магнітні поля й гравітацію навколо чорної діри М87, що дозволило побачити формування “тіні” чорної діри та кільця фотонів, які багаторазово заломлюються поблизу горизонту подій.

Ключовою особливістю нового підходу стало окреме моделювання електронів і протонів замість розгляду їх як єдиного середовища. Результати показали, що електрони навколо чорної діри приблизно у 100 разів холодніші за протони, що суттєво впливає на яскравість і характеристики зображень EHT. Це створює напруженість між поточними моделями фізики плазми та даними телескопа.

Симуляції підтвердили стабільність розміру та форми тіні чорної діри, проте її вигляд змінюється з часом. Найяскравіша ділянка на фотонному кільці зміщується через хаотичні процеси в плазмі поблизу горизонту подій. Коли одні регіони нагріваються, а інші охолоджуються, зображення чорної діри поступово трансформується, створюючи динамічну картину життя об’єкта.

Команда планує застосувати новий симуляційний код до більшого обсягу даних EHT для створення “фільму” еволюції чорної діри М87. За словами Чейла, лише поєднання спостережень і надпотужних обчислень дозволяє розкривати складну фізику процесів у найекстремальніших умовах Всесвіту.