Международная команда астрофизиков представила наиболее подробные на сегодняшний день компьютерные симуляции процесса поглощения вещества чёрными дырами звездной массы. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Окрестности горизонта событий чёрных дыр — одна из самых хаотичных зон во Вселенной. Здесь материя одновременно устремляется внутрь, к горизонту, и выбрасывается наружу в форме мощных релятивистских джетов и вспышек излучения. Однако из-за экстремальной сложности процессов — искривления пространства-времени, взаимодействия света, плазмы и магнитных полей — точное моделирование таких систем оставалось огромным вызовом.

Новый подход без упрощений

В отличие от предыдущих моделей, где приходилось вводить упрощающие предположения из-за ограничений вычислительной мощности, новая работа использует полную физику без компромиссов. С помощью двух суперкомпьютеров учёные интегрировали данные астрономических наблюдений, параметры вращения чёрных дыр и структуру магнитных полей.

Модель одновременно учитывает общую теорию относительности Эйнштейна, физику плазмы, магнитогидродинамику и перенос излучения. Это позволило впервые точно воспроизвести ключевые процессы в аккреционных потоках.

Симуляции выявили, что у быстро вращающихся чёрных дыр формируется плотный аккреционный диск, поглощающий значительную часть излучения. Энергия высвобождается не напрямую, а через мощные ветры и узкие релятивистские джеты, направляемые магнитными полями. Образуется своеобразная "воронка": материя падает с огромной скоростью, а излучение выходит узким пучком, видимым только под определённым углом.

Роль магнитных полей

Особое внимание уделено конфигурации магнитного поля: оно не только направляет газ к горизонту событий, но и определяет, какая часть вещества и энергии возвращается в космос в виде оттоков.

"Это первый случай, когда мы смогли увидеть, что происходит, когда все ключевые физические процессы в аккреции чёрных дыр учтены точно", — отметил ведущий автор исследования Личжун Чжан из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон и Института перспективных исследований.

Значение для наблюдений

Новые результаты помогут лучше интерпретировать данные от телескопов, включая объяснение природы "маленьких красных точек" — загадочных объектов ранней Вселенной, обнаруженных JWST. Эти компактные источники излучают меньше рентгеновского света, чем ожидалось, что может быть связано с суперэддингтоновской аккрецией и экранирующими оттоками.

В будущем команда планирует адаптировать модель для сверхмассивных чёрных дыр, включая Sagittarius A* в центре Млечного Пути.

Вкратце

В конце 2025 года опубликованы самые реалистичные симуляции аккреции на чёрные дыры звездной массы, учитывающие все ключевые эффекты без упрощений. Они раскрывают роль магнитных полей в формировании джетов, ветров и "воронок", объясняют стабильность дисков и помогают понять загадочные "маленькие красные точки". Это значительный шаг в моделировании экстремальной астрофизики, с перспективами для изучения сверхмассивных чёрных дыр.