У проривному дослідженні команда астрофізиків з Інституту перспективних досліджень та Центру обчислювальної астрофізики Flatiron Institute змогла створити найточнішу на сьогодні симуляцію акреції чорної діри — процесу, під час якого матерія потрапляє в надмасивні космічні об’єкти.
Завдяки двом найпотужнішим суперкомп’ютерам світу – Frontier та Aurora, дослідники змогли детально змоделювати, як саме матерія поводиться поблизу чорної діри. Про це пише Interesting Engineering.
Новий рівень точності у моделюванні чорних дір
За словами провідного автора дослідження, це перше дослідження, яке точно враховує всі найважливіші фізичні процеси, пов’язані з акрецією чорної діри.
“Ці системи надзвичайно нелінійні — будь-яке спрощення може повністю змінити результат,” — пояснює автора дослідження Ліжун Чжан.
“Найбільш вражаюче те, що наші симуляції демонструють узгоджену поведінку, яку ми також спостерігаємо в реальних чорних дірах — від ультраяскравих рентгенівських джерел до рентгенівських подвійних систем.”
Замість спостереження через телескоп, команда спостерігала ці процеси за допомогою потужних обчислень — моделюючи складні фізичні взаємодії у масштабах, недоступних для прямого вимірювання.
Прорив у моделюванні без спрощень
Нова модель заснована на десятиліттях наукових напрацювань і використовує унікальний алгоритм, що враховує випромінювання згідно із загальною теорією відносності.
Цього разу вчені зосередилися на чорних дірах зоряної маси — відносно малих об’єктах масою близько 10 сонячних. На відміну від надмасивних чорних дір, які змінюються протягом мільйонів років, зоряні чорні діри демонструють зміни за лічені хвилини або години, що робить їх ідеальними для дослідження динамічних процесів.
Симуляція показала, що матерія, обертаючись навколо таких чорних дір, утворює турбулентні та інтенсивно випромінюючі диски. Вони можуть запускати сильні вітри або джети — подібно до того, як це спостерігається в астрономічних дослідженнях.
Frontier та Aurora: надпотужні інструменти науки
Для реалізації обчислень команда використала два суперкомп’ютери нового покоління — Frontier (Oak Ridge National Laboratory) та Aurora (Argonne National Laboratory). Обидві системи належать здатні виконувати понад квінтильйон операцій на секунду.
Співавтор дослідження Джеймс Стоун підкреслив, що успіх став можливим завдяки поєднанню нових математичних методів, спеціалізованого програмного забезпечення та доступу до потужних обчислювальних ресурсів.
