Ультракомпьютерное моделирование создало карманную черную дыру с подходящим аккреционным диском, но эксперимент развился не так, как ожидалось.
Суперкомпьютер под названием Summit в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси занимает ту же площадь, что и пара теннисных кортов, и весит больше, чем большой коммерческий самолет.
В определенных случаях машина может выполнять около миллиарда вычислений в секунду, что позволяет ей моделировать сложные системы в физике, биологии и других областях.
Недавно группа астрономов использовала Summit для моделирования сверхмассивной черной дыры и вихря материи («аккреционного диска»), который ее окружает, принимая во внимание всю сопутствующую газовую динамику, магнитные силы и искривление пространства.
Их результаты противоречат традиционному представлению о том, что черная дыра относительно неторопливо питается своим аккреционным диском. Вместо этого команда обнаружила, что симулированная черная дыра жадно поглощает материю и при этом эффективно портит свой диск.
Результаты моделирования черной дыры могут помочь объяснить тип квазара, который неожиданно вспыхивает и так же быстро исчезает. Квазары содержат сверхмассивные черные дыры, которые излучают ошеломляющее количество света, поглощая большие облака газа.
«Классическая теория аккреционного диска не может объяснить такое резкое изменение», — сказал в своем заявлении Ник Кааз, аспирант Северо-Западного университета. «Но явления, которые мы наблюдаем в наших симуляциях, потенциально могут объяснить это».
Согласно классической теории, аккредитационный диск вращается синхронно с черной дырой и постепенно опускается за ее горизонт событий, точку, за которую не может выйти ни один свет. Это занимает много времени, сотни или даже сотни тысяч лет.
Модель черной дыры, однако, съела молниеносно и очистила внутреннюю, излучающую свет часть своей пластины за считанные месяцы, примерно столько же времени требуется для цикла самых коротких квазаров.
Смоделированная черная дыра дернула и потянула саму ткань пространства вокруг себя, что привело к раскачиванию аккреционного диска. Во время деформации газ из разных областей столкнулся и испустил мощные вспышки света.
В конце концов внутренняя часть диска вырвалась на свободу и начала раскачиваться по другому принципу. Это было свидетельством победы черной дыры над силами трения, которые в противном случае удерживали бы диск вместе.
Внешняя часть столкнулась с внутренней, и добавленная масса помогла внутренней упасть в центр черной дыры. Затем внешняя часть перетекла в пустую внутреннюю секцию, и цикл начался заново.
«Внутренняя область аккреционного диска, откуда исходит большая часть яркости, может полностью исчезнуть в течение нескольких месяцев», — сказал Кааз. «По сути, мы видим, что это полностью исчезает. Система перестает быть яркой. Затем он снова светлеет, и процесс повторяется».
Если ученые смогут лучше понять аккреционные диски и то, как они излучают свет, они смогут лучше охарактеризовать квазары и другие излучающие свет черные дыры, наблюдаемые в телескопы.