Моделирование раскрывает происхождение странных вспышек от сверхмассивных черных дыр
Известно, что вопреки своему названию черные дыры время от времени испускают вспышки, но как именно это происходит, до сих пор окутано тайной. Моделирование с высоким разрешением теперь показало, как закрученные магнитные поля могут выделять огромное количество энергии.
Известно, что гравитационное притяжение черных дыр настолько сильно, что даже свет не может уйти от них. Из-за этого идея о вспышках света от черных дыр кажется странной, но это происходит довольно регулярно. Они исходят не из самой черной дыры, а из ее аккреционного диска — горячего яркого кольца вещества, вращающегося вокруг черной дыры и падающего на нее.
В большинстве случаев вспышки света вызваны попаданием пыли и газа, которые нагревают материал и заставляют его ярко светиться.
Но в других случаях видны вспышки, вылетающие из черной дыры, и их было труднее объяснить. Долгое время предполагалось, что они как-то связаны с интенсивными магнитными полями вокруг этих объектов.
Для нового исследования астрономы провели самое детальное моделирование черных дыр из когда-либо существовавших.
Проект потребовал миллионы вычислительных часов на трех суперкомпьютерах — Longhorn, Popeye и Summit, втором по мощности суперкомпьютере в мире. Конечным результатом стало моделирование черной дыры с разрешением более чем в 1000 раз выше, чем в предыдущих работах, и вместе с этим появилась более полная картина того, что происходит, когда черная дыра вспыхивает.
Моделирование показало, что когда материал втекает в черную дыру, он увлекает за собой силовые линии магнитного поля.
Эти силовые линии начинают складываться вблизи горизонта событий, пока не начинают блокировать попадание материала. Давление материала, пытающегося упасть, сжимает и сглаживает силовые линии магнитного поля, пока они не образуют полосы, направленные либо к черной дыре, либо от нее.
Когда линии поля, идущие в противоположных направлениях, встречаются, они могут разорвать свои существующие связи и вместо этого соединиться друг с другом. Это передает энергию горячей плазме вокруг нее, отбрасывая часть частиц в черную дыру, а часть — в космос. Последние видны как вспышки.
«Без высокого разрешения наших симуляций мы не смогли бы уловить субдинамику и субструктуры», — сказал Барт Рипперда, соавтор исследования. «В моделях с низким разрешением пересоединения не происходит, поэтому нет механизма, который мог бы ускорять частицы».
Моделирование также показало, что такие вспышки могут быть циклическими. Энергия магнитного поля через некоторое время ослабевает, прежде чем в конечном итоге сбросить и запустить процесс снова.
Этот цикл вспышек происходит в разных масштабах для разных черных дыр, от дней до лет, что также согласуется с наблюдениями.
Исследователи говорят, что будущие наблюдения недавно запущенного космического телескопа Джеймс Уэбб могут подтвердить, происходит ли то, что происходит в симуляции, в реальном мире.