Науковці склали найточнішу в історії симуляцію поглинання матерії чорною дірою

Команда астрофізиків з Інституту перспективних досліджень та Центру обчислювальної астрофізики Flat­iron Insti­tute створила найточнішу в історії симуляцію процесу поглинання матерії чорною дірою. Для цього вони використали два найпотужніші суперкомп’ютери у світі — Fron­tier та Auro­ra, здатні виконувати понад квінтильйон операцій на секунду. Результати дослідження стали проривом у розумінні акреції — процесу, під час якого речовина потрапляє у надщільні космічні об’єкти.

За словами керівника роботи Ліжуна Чжана, це перше моделювання, яке точно враховує всі основні фізичні процеси, пов’язані з акрецією чорної діри. «Ці системи надзвичайно нелінійні — будь-яке спрощення може повністю змінити результат. Найбільш вражає те, що наші симуляції відтворюють поведінку, яку ми реально спостерігаємо — від рентгенівських подвійних систем до надяскравих джерел випромінювання», — зазначив учений.

Дослідження зосередилося на зоряних чорних дірах — об’єктах масою близько десяти сонць. Вони змінюються набагато швидше, ніж надмасивні чорні діри, що робить їх зручними для спостережень і моделювання. Симуляції показали, що матерія, обертаючись навколо таких чорних дір, утворює турбулентні, яскраво випромінювальні акреційні диски, здатні запускати потужні струмені плазми — джети. Подібні явища спостерігаються і в реальних астрономічних даних, що підтверджує точність моделі.

Новий алгоритм, використаний командою, враховує випромінювання відповідно до загальної теорії відносності — без спрощень, характерних для попередніх симуляцій. Це дозволило вченим отримати найбільш реалістичну картину процесів поблизу горизонту подій, де класична фізика перестає працювати.

Співавтор дослідження Джеймс Стоун наголосив, що цей прорив став можливим завдяки поєднанню нових математичних методів, спеціалізованого програмного забезпечення й доступу до сучасних обчислювальних ресурсів. Розробка відкриває шлях до більш точного моделювання поведінки матерії у сильних гравітаційних полях і може допомогти пояснити природу енергетичних викидів, що спостерігаються поблизу чорних дір.