Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 22.09.2018

Scroll to top

Top

2 комментария

Исследование чёрных дыр: новое понимание таинственных джетов

shortstoryf

Мощности современных суперкомпьютеров позволяют усовершенствовать моделирование поведение релятивистских струй чёрных дыр.

С помощью современной и единственной в своём роде компьютерной симуляции исследователи, включая учёных из Северо-Западного университета, получили новое понимание об одном из самых таинственных явлений в современной астрономии. Речь идёт о поведении релятивистских струй, которые вылетают с полюсов чёрных дыр, простираясь на миллионы световых лет.

Продвинутая симуляция, выполненная одним из самых мощных суперкомпьютеров в мире, показывает, что потоки джетов постепенно изменяют направление в небе или прецессируют, в резльтате того, что пространство-время затягивается во вращающуюся чёрную дыру. Это поведение полностью согласуется с предсказаниями Альберта Эйнштейна об экстремальной гравитации около таких чёрных дыр, которые были опубликованы в общей теории относительности.

«Понимание того, как вращение чёрных дыр затягивает внутрь пространство-время вокруг них, и как этот процесс влияет на то, что мы наблюдаем в телескопы, по прежнему является трудно разрешимой проблемой. К счастью, прорывы в разработках кодов и алгоритмов и прогресс в архитектуре суперкомпьютеров приближают нас ещё ближе к нахождению ответов на эти вопросы», — Александр Чеховской, профессор физических и астрономических наук в Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences.

Исследование было опубликовано в ежемесячном издании Королевского Астрономического Общества. Ведущие авторы работы — Мэтью Лиска и Каспер Хесп из Амстердамского университета.

Быстро вращающиеся чёрные дыры не только захватывают окружающее вещество, но также и испускают энергию в форме релятивистских струй. Чтобы лучше себе это понять, представьте то, как вода стекает в воронку в ванной. Точно так же газ и магнитные поля закручиваются вокруг чёрной дыры и формируют вращающийся диск. Представьте теперь, что горячий газ — это бульон, а линии магнитного поля — спагетти в нём. Сверхмассивная чёрная дыра поглощает этот астрофизический суп, проглатывая бульон, но оставляет магнитные спагетти. Это превращает чёрную дыру в своего рода стартовую площадку, с которой энергия, в форме джетов, выстреливает с паутины скрученных линий магнитного поля.

Джеты, испускаемые чёрными дырами, проще изучить, чем сами эти дыры, потому что джеты уж очень большие. Это исследование позволяет астрономам понять, как быстро их направление изменяется, что может сказать о вращении чёрной дыры, а также об ориентации и размере вращающегося диска и других сложных для измерения свойствах.

Принимая во внимание, что практически все предыдущие моделирования рассматривали диски, выровненные относительно плоскости вращения, в действительности сверхмассивные чёрные дыры большинства галактик, как считают исследователи, содержат слегка наклонные диски. Это означает, что аккреционный диск вращается вокруг другой оси, нежели сама дыра. Это исследование подтверждает, что, если диск наклонён, то он может изменять своё направление относительно чёрной дыры, то есть он прецессирует, как волчок. Благодаря этой модели впервые удалось показать, что такие диски ведут к прецессирующим джетам, которые периодически изменяют направление своего распространения.

Одной из важных причин, объясняющих, почему до сих пор прецессирующие релятивистские струи не были ранее выявлены в других трёхмерных моделях, является факт недостатка вычислительной мощности. Чтобы решить эту проблему, исследователи написали первый алгоритм моделирования чёрной дыры, ускоренный графическими процессорами. Грант, выделенный исследователям от Национального научного фонда, позволил им выполнить моделирование на суперкомпьютере Blue Waters — одном из самых больших суперкомпьютеров в мире, расположенном в Университете штата Иллинойс.

Объединение быстрого кода, который эффективно использует ультрасовременную архитектуру графических процессоров, и суперкомпьютер Blue Waters позволило команде выполнить моделирование в самом высоком разрешении, когда-либо достигнутом — до миллиарда вычислительных клеток.

«Высокое разрешение позволило нам впервые гарантировать, что небольшие турбулентные движения в дисках будут учтены в наших моделях. К нашему удивлению эти движения, как оказалось, были так сильны, что заставляли останавливаться прецессии диска. Это предполагает, что прецессия может возникать во время вспышек».

Поскольку понимание о приросте вещества на чёрные дыры является очень сложным, то сама такая система сродни урагану и не поддаётся описанию. А сами такие системы расположены очень далеко, чтобы у нас была возможность различить хоть какие-то детали. Поэтому моделирование предлагает мощный способ понять то, что мы видим в телескоп и осознать поведение чёрных дыр.

Результаты этого моделирования очень важны, так как будут включены в дальнейшие исследования вращающихся дисков чёрных дыр, а такие исследования в настоящее время ведутся во всём мире. С помощью них астрономы пытаются понять недавно обнаруженные явления, такие как, например, первое обнаружение гравитационных волн от столкновения нейтронных звёзд и последующего электромагнитного фейерверка, а также обычных звёзд, захваченных сверхмассивными чёрными дырами. Эти вычисления также применяются для интерпретации наблюдений телескопа Event Horizon Telescope (EHT), который получил первые записи тени сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного пути.

Кроме того, прецессия джетов может объяснить колебания интенсивности света, исходящего из области вокруг чёрной дыры. Это явления названо квазипериодическими колебаниями (QPO), они могут возникнуть тем же самым способом, каким увеличивается интенсивность, например, излучения маяка, когда он светит на наблюдателя. QPO были обнаружены около чёрных дыр в рентгеновских лучах в 1985 году Михиелем ван дер Клисом из Амстердамского университета, который является соавтором статьи.

По информации Северо-Западного университета.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Comments

  1. viktor chibisov

    Интересная модель, но все-таки как-то не понятно, как вращающийся аккреционный диск, пусть даже с повернутой осью вращения, порождает струи джетов. Нами в S_теории предложена модель ЧД в виде тора, Горизонт событий которой также имеет торообразную форму с отверстием по главной оси тора ЧД. Разделение противоположных зарядов на два мощных азимутальных вихря на боковых поверхностях бублика ЧД создает мощный «естественный» ускоритель заряженных частиц вдоль главной оси бублика ЧД, что и порождает мощные джеты.

  2. Учёные обнаружили тип черной дыры, которая стирает прошлое и будущее https://vnauke.in.ua/kosmos/uchyonyie-obnaruzhili-tip-chernoy-dyiryi-v-kotoraya-stiraet-proshloe-i-budushhee/

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google