Исследователи из Университета Тохоку и Университета Уцуномия достигли значительного прогресса в понимании сложной природы турбулентности в структурах, окружающих чёрные дыры, известных как аккреционные диски. Используя суперкомпьютеры, они провели моделирование с самым высоким на сегодняшний день разрешением.
Аккреционный диск — это дискообразная структура газа, которая вращается вокруг чёрной дыры и медленно движется внутрь к её центру. Поскольку чёрные дыры не позволяют свету выходить наружу, их невозможно наблюдать с помощью телескопов. Однако аккреционные диски испускают электромагнитное излучение, которое можно обнаружить с помощью телескопов, что делает их важным инструментом для косвенного изучения чёрных дыр.
«Точное моделирование поведения аккреционных дисков значительно расширяет наше понимание физических явлений вокруг чёрных дыр. Оно даёт важные сведения для интерпретации данных наблюдений с помощью телескопа Event Horizon», — отметил Ёхэй Кавадзура.
Исследователи использовали суперкомпьютеры, такие как Fugaku компании RIKEN и ATERUI II компании NAOJ, для выполнения моделирования с беспрецедентно высоким разрешением. Это исследование было первым, успешно воспроизведшим «инерционный диапазон», связывающий большие и малые вихри в турбулентности аккреционного диска.
В ходе исследования было обнаружено, что в этом диапазоне доминируют «медленные магнитозвуковые волны». Это открытие объясняет, почему ионы избирательно нагреваются в аккреционных дисках. Турбулентные электромагнитные поля в аккреционных дисках взаимодействуют с заряженными частицами, потенциально ускоряя некоторые из них до чрезвычайно высоких энергий.
Исследование также подчёркивает фундаментальное различие между турбулентностью аккреционного диска и турбулентностью солнечного ветра, где доминируют Альвеновские волны. Ожидается, что это достижение улучшит интерпретацию данных наблюдений с радиотелескопов, сфокусированных на областях вблизи чёрных дыр.