За гранью горизонта событий. Ученые впервые смоделировали «теневую зону» возле черной дыры
Изображение сверхмассивной черной дыры в центре M87, сделанное телескопом Event Horizon в 2019 году. (Фото: Сотрудничество EHT)
Международная команда исследователей из коллаборации Event Horizon Telescope (EHT) провела новое моделирование среды вокруг сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87. Впервые удалось воссоздать зону за границей горизонта событий, где формируется так называемая «тень» черной дыры.
EHT стал известным в 2019 году, когда обнародовал первое в истории изображение черной дыры — сверхмассивного объекта в центре M87, галактики на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли. Впоследствии были показаны и другие изображения — в частности релятивистских джетов в двух ярких галактиках и черной дыры Стрелец A* в центре Млечного Пути.
На этот раз команда под руководством ученого Принстонского университета Эндрю Чейла использовала суперкомпьютеры Stampede2 и Stampede3 Техасского центра вычислений, чтобы воссоздать поведение горячей плазмы, магнитных полей и гравитации вокруг черной дыры в M87.
Полученные результаты показывают, как свет от электронов вращается вокруг черной дыры, создавая характерную «тень».
«С тех пор, как мы получили первое изображение черной дыры, продолжается работа, чтобы понять среду вокруг нее, — пояснил Чейл, — Мы хотим разобраться в природе плазмы, которую поглощает черная дыра, и в свойствах магнитных полей, запускающих яркие струи частиц в M87».
В новом исследовании применили более сложные модели, которые отдельно описывают поведение электронов и протонов. Это позволило выяснить, что температура электронов значительно ниже, чем протонов, примерно в 100 раз. Такие различия влияют на яркость и вид черной дыры на изображениях.
Эти результаты указывают на расхождения между современными теоретическими моделями плазмы и наблюдениями EHT. В будущем команда планирует использовать свой код для создания «фильма», который покажет, как меняется тень черной дыры M87 со временем.
«Черные дыры — это чрезвычайно сложная среда. Лучшие инструменты, которые мы имеем, — это суперкомпьютерные симуляции. Они помогают удостовериться, что мы учитываем все процессы, которые происходят одновременно и часто непредсказуемо», — добавил Чейл.
