Сверхмассивные черные дыры — одно из самых экстремальных явлений, обнаруженных человеком в космическом пространстве. Имея массу в сотни тысяч, даже в миллионы и миллиарды раз больше нашего Солнца, они приводят в действие беспрецедентные светящиеся явления, называемые квазарами.
Исследователи из Северо-Западного университета использовали суперкомпьютер Summit для проведения «трехмерной общей релятивистской магнитогидродинамики» моделирования наклоненного тонкого аккреционного диска, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры. Благодаря мощным высокопроизводительным вычислительным системам Окриджской национальной лаборатории ученые могут моделировать более реалистичные черные дыры, чем когда-либо прежде, и открывать в процессе новые явления.
Исследователи отметили, что традиционные теории о сверхмассивных черных дырах предполагают, что это небесные образования, которые постепенно поглощают газ и пыль в течение сотен или даже сотен тысяч лет. Однако, согласно новому моделированию, этот процесс истощения происходит всего за несколько месяцев, что совпадает со временем, необходимым для активных запусков квазаров.
Трехмерное моделирование, проведенное учеными Северо-Западного университета, показывает, что вращающаяся черная дыра искажает окружающую область пространства-времени. Это явление в конечном итоге разрывает водоворот газа и пыли, окружающий черную дыру, известный как аккреционный диск. Конечным результатом этого процесса деформации пространства-времени является разделение аккреционного диска на два поддиска: внутренний и внутренний, что впоследствии приводит к сверхбыстрому питанию, описанному в новом исследовании.
Исследователи говорят, что сингулярность в центре черной дыры первоначально поглощает внутреннее кольцо. Впоследствии фрагменты внешнего диска просыпались внутрь, заполняя пробел, оставленный в результате пожирания внутреннего кольца, позволяя процессу пожирания повториться. Ученые отмечают, что этот бесконечный процесс «еда» – «еда» – снова «еда» занимает всего несколько месяцев. Этот временной масштаб невероятно быстр по сравнению с предыдущими теоретическими предсказаниями.
Это новое моделирование может раскрыть поведение некоторых из самых ярких объектов, наблюдаемых во Вселенной, таких как квазары. Эти квазизвездные объекты могут быть столь же яркими, как все звезды в их родительской галактике вместе взятые, но исчезают «без объяснения причин» через несколько месяцев. Ник Кааз, возглавлявший исследование в Северо-Западном университете, отметил, что классическая теория аккреционного диска предсказывает, что диск вокруг черной дыры будет развиваться очень медленно.
Однако Кац объяснил, что некоторые квазары испытывают более резкие изменения яркости в течение месяцев или лет. Быстрые колебания яркости, наблюдаемые в квазарах, согласуются с наблюдениями за многослойными дисками и их сложными физическими взаимодействиями с помощью нового моделирования черных дыр.