Астрофизики увеличили скорость поглощения материи черными дырами
Аномально быстрое изменение яркости некоторых квазаров долгое время не давало покоя ученым. Существующие модели не могли объяснить такое непостоянство мощнейших источников излучения во Вселенной. Чтобы разобраться в этом парадоксе, американские астрофизики смоделировали «пищевое поведение» сверхмассивных черных дыр с беспрецедентной детализацией.
Классическое представление аккреционного диска черной дыры знакомо каждому любителю астрономии. Визуализация в стиле «Интерстеллара» несколько модифицировала этот образ, но принципиально ничего не изменилось.
Есть очень много вещества, оно собирается в сравнительно тонкий диск и медленно падает на черную дыру. Чем ближе к горизонту событий — тем выше скорость движения материи, чаще столкновения и другие взаимодействия, выше температура. Следовательно, излучение интенсивнее.
Особенно крупные черные дыры способны собрать так много вещества, что внутренние регионы аккреционного диска сияют тысячекратно ярче всех звезд в окружающей галактике, вместе взятых. Однако даже наиболее яркие и массивные объекты описываются моделями, в которых протекающие в аккреционном диске процессы развиваются медленно. Находящаяся на грани небытия материя совершает множество оборотов вокруг черной дыры, прежде чем пропадет окончательно.
Большинство существующих моделей черной дыры не допускают каких-либо скоротечных событий. Астрономические наблюдения в целом такую картину мира подтверждают. Но есть исключения.
Часть квазаров — экстремально ярких активных центров галактик — ведет себя не совсем так. Некоторые из них радикально меняют свою яркость за считаные месяцы или даже недели, чего не должно происходить. Не может же вся внутренняя часть аккреционного диска внезапно исчезнуть?
Астрофизики из Северо-Западного университета (NU), США, нашли объяснение подобным явлениям. Для этого им потребовалось объединить в единый комплекс сразу несколько моделей. В результате одновременно учитывали эффекты Общей теории относительности, газодинамики и магнитной гидродинамики. Чтобы обсчитать такую модель с беспрецедентным разрешением, применили суперкомпьютер Summit (пятая строчка в TOP500).
Помимо высокой детализации своей симуляции, американские исследователи добавили в нее еще одно новшество. Дело в том, что ранее моделирование аккреционных дисков предполагало их сонаправленное вращение с черной дырой. В новой симуляции ось и направление вращения черной дыры не совпадают с осью и направлением вращения аккреционного диска. Ведь падающая материя не обязана знать, куда крутится притягивающий ее сверхмассивный объект.
Результатом стали удивительные эффекты. Внутренняя часть аккреционного диска разбилась на несколько меньших колец, прецессирующих и разрываемых на части ударными волнами. Из-за этого скорость поглощения вещества черной дырой возросла в разы. Тот объем, который она должна была «съесть» за столетия, пропадал всего за несколько месяцев.
И внутренняя, самая яркая, часть аккреционного диска быстро исчезала. Освободившееся место занимала материя, вращающаяся дальше, — и процесс повторялся. Очень похоже на нерегулярную яркость некоторых квазаров.
Исследование американских астрофизиков наглядно показало, какую большую роль в современной науке играет доступность огромных вычислительных мощностей. Широко используемые учеными модели черных дыр, которые не могли показать такое их поведение, — неплохие. Они недостаточно детализированы, чтобы описать любые примеры, кроме наиболее простых и распространенных. И дабы объединить несколько таких моделей в полную картину, требуются наиболее производительные суперкомпьютеры в мире.
Новая симуляция не использовала никаких радикально новых данных или моделей. Разрыв внутренних частей аккреционного диска объясняется давно известным эффектом Лензе — Тирринга: сверхмассивные черные, дыры вращаясь, увлекают за собой пространство-время вокруг — это называется увлечением инерциальных систем отсчета (frame-dragging).
Когда вращающаяся вокруг черной дыры материя встречает на своем пути такие возмущения пространства-времени, они передают ей дополнительную энергию. Из-за этого вещество меняет свою траекторию и формирует субдиски, прецессирующие как волчки.
Как только их напряжение достигает определенного предела, материя сбивается в более плотные сгустки, еще быстрее падающие на черную дыру. Дополняют картину столкновения внутреннего и внешнего субдисков: их образуется несколько, прецессируют они с разной скоростью и разрываются тоже не одновременно. Это еще раз ускоряет падение материи на черную дыру.
Научная работа с описанием моделирования и результатами его анализа опубликована в рецензируемом журнале The Astrophysical Journal. Ее значение еще предстоит оценить. Но потенциально труд специалистов из Северо-Западного университета способен здорово скорректировать общее понимание скорости эволюции черных дыр во Вселенной.
Если они способны «кушать» гораздо быстрее, чем ранее считалось, то и галактики со сверхмассивными черными дырами в центре могли появиться раньше.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии