Астрофизики впервые провели детальную симуляцию тени чёрной дыры в галактике M87

Учёные впервые провели детальное компьютерное моделирование так называемой «тени» чёрной дыры — тёмной области на фоне излучения, соответствующей горизонту событий. Это стало возможным благодаря использованию суперкомпьютеров и передовых вычислительных методов, позволивших заглянуть в сложнейшие процессы, происходящие на краю этих загадочных космических объектов.

Работа была выполнена исследовательской группой под руководством Эндрю Чаела, научного сотрудника Принстонского университета. Учёные сосредоточили своё внимание на сверхмассивной чёрной дыре в центре галактики Мессье 87, которая находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. Именно её первое в истории изображение было получено коллаборацией Event Horizon Telescope в 2019 году.

Для создания симуляций команда использовала мощности суперкомпьютеров Stampede2 и Stampede3 в Техасском центре передовых вычислений. Моделирование основывалось на одиннадцати сценариях, построенных по принципам релятивистской магнито-гидродинамики, которая учитывает сложное взаимодействие сил гравитации, магнитных полей и динамики высокоэнергетической плазмы.

Главным открытием исследования стало новое понимание температурного режима частиц плазмы, окружающей чёрную дыру. Согласно результатам симуляций, электроны в непосредственной близости от горизонта событий оказались примерно в сто раз холоднее, чем протоны. Этот температурный дисбаланс является ключевым фактором, определяющим яркость и другие наблюдаемые свойства изображения тени чёрной дыры.

Полученные данные указывают на существование серьёзного расхождения между предсказаниями современных теорий физики плазмы и реальными наблюдениями телескопа Event Horizon. Для разрешения этого противоречия и дальнейшего изучения динамики чёрной дыры команда Чаела планирует применить свой метод моделирования к другим данным по объекту Мессье 87, чтобы в конечном счёте создать видеозапись, показывающую, как его внешний вид меняется с течением времени. Это позволит учёным лучше понять хаотические и чрезвычайно сложные процессы, управляющие поведением материи в условиях экстремальной гравитации.