Морозилка за горизонтом событий: электроны в черной дыре теряют температуру
Американский физик провел компьютерное моделирование условий внутри черной дыры Мессье 87 — той самой, чья тень впервые в истории попала на фотоснимок. Как выяснилось, пожираемую сверхмассивным чудовищем плазму нельзя рассматривать как однородную массу: входящие в ее состав электроны на целых два порядка холоднее протонов. А среда поблизости от горизонта событий гораздо сложнее, чем казалась на первый взгляд.
Первое прямое изображение черной дыры стало одной из главных научных сенсаций 2019 года. На знаменитом снимке, сделанном Телескопом горизонта событий (EHT), во всем своем великолепии предстаёт Мессье 87 — сверхмассивный гигант в 55 миллионах световых лет от Земли. Но его изучение на этом не закончилось: М87 (в частности, благодаря недавнему грандиозному гамма-выбросу) до сих пор находится в фокусе внимания многих астрофизиков. В том числе Эндрю Чела, который принимал участие в создании ЕНТ, а сейчас, опираясь на собранные данные, провел уникальное моделирование условий внутри черной дыры.
Чаще всего в подобных моделях плазма, которой «питается» черная дыра, рассматривается без разделения на конкретные частицы — как единая субстанция. Но Чел решился прибегнуть к гораздо более ресурсоемкой схеме — рассмотреть по отдельности протоны и электроны. Одним из главных вопросов стало то, как они взаимодействуют друг с другом и какова их относительная температура — ведь именно она во многом определяет характеристики излучения, испускаемого черной дырой.
Исследование проводилось с опорой на наблюдения, сделанные при помощи EHT. И результат моделирования с использованием двух суперкомпьютеров оказался двояким. С одной стороны, температура электронов оказалась гораздо выше, чем считалось вероятным для Мессье 87. С другой — эти частицы все равно были примерно в 100 раз холоднее протонов. Это вскрывает фундаментальное противоречие между современными представлениями о физике плазмы и эмпирически добытыми фактами.
«Черные дыры представляют из себя чрезвычайно сложные среды. Лучшие инструменты для их изучения в нашем арсенале — это суперкомпьютерное моделирование. <...> Только оно дает нам уверенность, что мы учитываем все наблюдаемые эффекты, которые взаимодействуют сложным и порой непредсказуемым образом», — отметил Чел.
При этом одними электронами все не ограничилось. Высокоточное моделирование показало, что черная дыра — несмотря на кажущееся постоянство горизонта событий — далеко не статична. Это можно заметить на иллюстрации, демонстрирующей постепенную «эволюцию» Мессье 87. Потоки плазмы постоянно меняют свое направление и заставляют яркое пятно постепенно смещаться. А неоднородный нагрев разных зон и прочие хаотические процессы приводят к видимым изменениям светящегося «ореола». Так что изучение черных дыр продолжается — тем более что ученые недавно зафиксировали их самое грандиозное слияние в истории.
Самое популярное
