Світ викривленого простору й розпеченої матерії поблизу чорної діри може бути зрозумілий лише завдяки надточному чисельному моделюванню екстремальної фізики.
Прикордонна зона чорної діри є областю «акреції», тобто «процесу падіння речовини під дією гравітації», де панують нестабільність і висока енергія. Тривалий час такі області описувалися спрощеними моделями. Це обмежувало точність передбачень. Нові симуляції дозволили подолати ці обмеження.
Дослідники з Інституту Флатірон використали два суперкомп’ютери для поєднання даних про газ, магнетизм і випромінювання. Вперше було змодельовано акрецію без спрощень. «Це перший випадок, коли ми точно включили всі ключові фізичні процеси», — зазначає Лічжун Чжан. Такий підхід радикально змінив уявлення про динаміку поблизу горизонту подій.
Моделювання показало, що навколо швидко обертових чорних дір формується щільний акреційний диск. Його внутрішні області поглинають значну частину випромінювання. Надлишкова енергія вивільняється через вітри та струмені. Саме ці процеси визначають спостережувану яскравість системи.
Особливу роль відіграють магнітні поля. Вони спрямовують потоки газу до чорної діри. Частина матерії повертається назовні у вигляді вузьких струменів. Так формується воронка, помітна лише з певних кутів огляду.
Ключовою особливістю моделі стало включення «загальної теорії відносності», тобто «опису викривлення простору-часу масою». Алгоритм точно відтворює рух фотонів у викривленому середовищі. «Наш метод єдиний, що розглядає випромінювання таким, яким воно є насправді», — підкреслює Чжан.
Результати добре узгоджуються зі спостереженнями різних типів чорних дір. Хоча надмасивні об’єкти легше фотографувати, менші аналізують через спектри. Модель допомагає пов’язати ці спостереження з реальною фізикою.
У майбутньому команда планує застосувати підхід до Стрільця A* у центрі Чумацького Шляху. Також дослідження може пояснити природу «малих червоних крапок». Отримані результати відкривають новий етап у теорії акреції чорних дір.