Головоломка рентгеновских лучей, приходящих от чёрных дыр
В течение десятилетий астрофизиков ставил в тупик вопрос: каким образом черные дыры производят так много высокоэнергетических рентгеновских лучей?
Астрофизики из Университета Джонса Хопкинса, NASA и Рочестерского технологического института ликвидировали разрыв между теорией и наблюдениями, доказав, что газ, падающий по спирали в черную дыру, должен порождать жесткое рентгеновское излучение.
Ученые, использовавшие «ручные» расчеты в комбинации с современными вычислительными технологиями, моделировали движение падающего в черную дыру газа и связанные с ним магнитные поля.
Газ, падающий в черную дыру, формирует аккреционный диск, нагреваясь до температур порядка 10 млн ⁰С. Высокая температура газа в основном теле диска, примерно в 2000 превышающая температуру поверхности Солнца, вызывает появление низкоэнергетических, или «мягких», рентгеновских лучей. Но кроме них наблюдаются и «жесткие» рентгеновские лучи с энергией до 100 раз более высокой, природа появления которых раньше была не ясна.
Наблюдения говорят о том, что фотоны рентгеновского излучения рождаются в короне – очень горячей разреженной области, расположенной над относительно холодным диском подобно солнечной короне, излучающей большую часть ультрафиолетовых рентгеновских лучей солнечного спектра. Рост температуры, плотности и скорости газовых потоков вблизи черной дыры резко усиливают магнитные поля, проходящие через аккреционный диск. Эти поля, в свою очередь, оказывают влияние на движение газа. Как показало проведенное исследователями моделирование, учитывающее релятивистские эффекты, в результате образуется турбулентная газовая «пена», движущаяся вокруг черной дыры со скоростями, приближающимися к скорости света. Высокоэнергетическое рентгеновское излучение оказывается не только возможным, но и неизбежным результатом такого характера падения газа в черную дыру. Для проведения расчетов группа использовала суперкомпьютерную систему Ranger вычислительного центра TACC, расположенного в Техасском университете в Остине. Сложнейшие вычисления потребовали около 27 суток – более 600 часов.
