Исследователи из Университета Тохоку и Университета Уцуномия достигли значительного прогресса в понимании сложной природы турбулентности в структурах, окружающих чёрные дыры, известных как аккреционные диски. Используя суперкомпьютеры, они провели моделирование с самым высоким на сегодняшний день разрешением.

Аккреционный диск — это дискообразная структура газа, которая вращается вокруг чёрной дыры и медленно движется внутрь к её центру. Поскольку чёрные дыры не позволяют свету выходить наружу, их невозможно наблюдать с помощью телескопов. Однако аккреционные диски испускают электромагнитное излучение, которое можно обнаружить с помощью телескопов, что делает их важным инструментом для косвенного изучения чёрных дыр.

Художественное изображение турбулентности аккреционного диска. Вставка — флуктуации магнитного поля, вычисленные с помощью моделирования этого исследования. Источник: Yohei Kawazura

«Точное моделирование поведения аккреционных дисков значительно расширяет наше понимание физических явлений вокруг чёрных дыр. Оно даёт важные сведения для интерпретации данных наблюдений с помощью телескопа Event Horizon», — отметил Ёхэй Кавадзура.

Исследователи использовали суперкомпьютеры, такие как Fugaku компании RIKEN и ATERUI II компании NAOJ, для выполнения моделирования с беспрецедентно высоким разрешением. Это исследование было первым, успешно воспроизведшим «инерционный диапазон», связывающий большие и малые вихри в турбулентности аккреционного диска.

В ходе исследования было обнаружено, что в этом диапазоне доминируют «медленные магнитозвуковые волны». Это открытие объясняет, почему ионы избирательно нагреваются в аккреционных дисках. Турбулентные электромагнитные поля в аккреционных дисках взаимодействуют с заряженными частицами, потенциально ускоряя некоторые из них до чрезвычайно высоких энергий.

Исследование также подчёркивает фундаментальное различие между турбулентностью аккреционного диска и турбулентностью солнечного ветра, где доминируют Альвеновские волны. Ожидается, что это достижение улучшит интерпретацию данных наблюдений с радиотелескопов, сфокусированных на областях вблизи чёрных дыр.

Подробнее на iXBT