Ученые выяснили, что на самом деле происходит вблизи черных дыр

Астрофизики совершили прорыв в компьютерном моделировании черных дыр, впервые создав полноценную симуляцию процесса аккреции — поглощения материи — без упрощающих допущений, которые десятилетиями ограничивали точность подобных расчетов.

Черные дыры до сих пор остаются самыми загадочными объектами Вселенной

Источник: ESA

Чтобы понять, почему это исключительно важно для науки, стоит представить сложность задачи. Вблизи черной дыры пространство и время искривлены настолько сильно, что без общей теории относительности Эйнштейна описать происходящее невозможно. Но гравитация — лишь часть общей картины. Когда огромные массы вещества устремляются к черной дыре, в виде излучения выделяется колоссальное количество энергии. Это излучение взаимодействует с окружающим газом, влияет на его движение и само распространяется в искривленном пространстве-времени. Точно рассчитать все эти процессы одновременно до сих пор не удавалось никому.

«Предыдущие методы использовали приближения, которые трактовали излучение как своего рода жидкость, что не отражает его реального поведения», — объясняет автор работы Лиджун Чжан. По его словам, созданный командой специалистов Института перспективных исследований и Центра вычислительной астрофизики Флэтайрон алгоритм — единственный на сегодняшний день, который рассматривает излучение так, как оно действительно ведет себя в общей теории относительности.

Для проведения расчетов ученым потребовались два мощнейших суперкомпьютера планеты — Frontier в Национальной лаборатории Оук-Ридж и Aurora в Аргоннской национальной лаборатории. Эти машины экзафлопсного класса выполняют квинтиллион операций в секунду и занимают сотни квадратных метров.

На этом изображении показана плотность газа в двумерном поперечном сечении аккрецирующей черной дыры. Более светлые области представляют собой регионы с более высокой плотностью. Вблизи черной дыры аккреционный поток образует плотный, тонкий тепловой диск, заключенный в магнитно-доминированную оболочку, которая способствует стабилизации системы. Хотя поток является радиационно-доминированным и сильно турбулентным, структура теплового диска остается удивительно стабильной.

Источник: Zhang et al. (2025)

Астрофизики сосредоточили свое внимание на черных дырах звездных масс — объектах примерно в десять раз тяжелее Солнца. В отличие от сверхмассивных черных дыр, которые меняются на протяжении столетий, эти системы эволюционируют за минуты и часы, позволяя астрономам наблюдать быстрые изменения в реальном времени.

Симуляции показали, как материя закручивается в турбулентные диски, порождает мощные ветры и иногда формирует джеты — узконаправленные потоки вещества. Что особенно важно, рассчитанные спектры излучения оказались поразительно близки к тому, что астрономы фиксируют от реальных объектов.

«Мы словно “наблюдаем” эти системы, только не через телескоп, как обычно, а через компьютер», — отмечает Чжан. Теперь команда планирует применить разработанный подход к сверхмассивным черным дырам, которые играют ключевую роль в формировании галактик.

Ранее телескоп ASKAP обнаружил в 7 000 световых лет от Земли удивительную «черную вдову» с красной спинкой.