ru24.pro
Новости по-русски
Октябрь
2018

Зрелищная симуляция двойных сверхмассивных черных дыр и окружающего их газа

0
D3.ru 

https://www.youtube.com/watch?v=i2u-7LMhwvE

Новое компьютерное моделирование полностью включает в себя физические эффекты общей теории относительности Эйнштейна

Эта модель приближает ученых к пониманию разновидностей световых сигналов, образующихся, когда две сверхмассивные черные дыры (СМЧД), которые в миллионы и миллиарды раз массивней нашего Солнца, идут по спирали к слиянию. Данное моделирование показывает, что газ в таких системах будет светиться преимущественно в ультрафиолетовом и рентгеновском свете.

Почти каждая галактика, размером с наш собственный Млечный Путь и более, содержит СМЧД в центре. Наблюдения показывают, что слияния галактик часто происходят во Вселенной, но до сих пор никто не наблюдал слияния этих гигантских черных дыр.

Ученые уже обнаружили слияние черных дыр звездных масс, в пределах от трех до нескольких десятков солнц, зафиксировав гравитационные волны с использованием обсерватории LIGO. Гравитационные волны — пространственно–временные ряби, движущиеся со скоростью света. Они возникают, когда массивные объекты, вроде черных дыр или нейтронных звезд, сближаются по спирали и сливаются в единое целое.

Слияние СМЧД намного сложнее обнаружить, чем слияние их родственников звездной массы. Одна из причин, по которой наземные обсерватории не могут обнаружить гравитационные волны этих событий состоит в том, что сама Земля слишком зашумлена сейсмическими колебаниями и гравитационными изменениями от атмосферных возмущений. Детекторы должны находиться в космосе — например, космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), возглавляемая европейским космическим агентством, которую планируется запустить в 2030–х годах.

Но у двух сближающихся СМЧД может быть одна деталь, которой нет у двойных систем звездной массы — богатая газом среда. Ученые подозревают, что взрыв сверхновой, создающий черную дыру звездных масс, сдувает большую часть окружающего газа, а новообразованная черная дыра поглощает те немногочисленные остатки так быстро, что практически нечему будет светиться перед слиянием черных дыр.
С другой стороны, СМЧД являются результатом слияний галактик. Каждая СМЧД сопровождается облаками газа и пыли, звездами и планетами. Ученые считают, что столкновение галактик затягивает большую часть материи в сторону обеих СМЧД, которые потребляют его в масштабе времени, аналогичном тому, что необходимо для объединения СМЧД. По мере приближения к черным дырам магнитные и гравитационные силы разогревают оставшийся газ достаточно сильно, чтобы астрономы смогли обнаружить его излучение.

Новая симуляция показывает три орбиты двойных СМЧД. Модели показывают, что на этой стадии процесса свет может излучаться в виде ультрафиолетового и рентгеновского излучений, наподобие того, что наблюдается в любой галактике с хорошо "наевшейся" сверхмассивной черной дырой.

Когда черные дыры сближаются, излучающий свет газ состоит из трех областей, которые соединены потоками горячего газа: большой диск, окружающей всю систему (общий диск), и два диска поменьше, окружающие каждую черную дыру (мини–диски). Все эти объекты излучают в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Когда газ с большой скоростью перетекает в мини–диск, ультрафиолетовые лучи диска взаимодействуют с короной каждой черной дыры (области высокоэнергетических субатомных частиц выше и ниже диска). Это взаимодействие порождает рентгеновское излучение. Когда скорость аккреции ниже, ультрафиолетовое излучение тускнеет по сравнению с рентгеновским.

Основываясь на моделировании, исследователи ожидают, что рентгеновские лучи, испускаемые перед слиянием, будут более яркими и более переменными, чем рентгеновские лучи, наблюдаемые из одиночных сверхмассивных черных дыр. Скорость изменений зависит как от орбитальной скорости газа на внутреннем крае общего диска, так и от слияния черных дыр.

Симуляция производилась на суперкомпьютере "Синие Воды" Национального центра суперкомпьютерных приложений в Университете штата Иллинойс в Урбана–Шампейн.
Моделирование трех орбит системы заняло 46 дней на 9600 вычислительных ядрах.

Перевод текста NASA

Написал PryamoKrokodil на cosmos.d3.ru / комментировать