Астрономія
Астрономія

Спеціалісти NASA візуалізували подвійну систему чорних дір

Дослідники NASA створили анімацію, що зображує рух подвійної системи чорних дір. У ній можна побачити, як об’єкти, обертаючись навколо спільного центру мас, спотворюють світло їхніх акреційних дисків.

NASA’s Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman, Brian P. Powell / NASA

NASA’s Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman, Brian P. Powell / NASA

Що ми бачимо на цій анімації?

Анімація демонструє дві надмасивні чорні діри, що обертаються навколо спільного центру мас. Маса однієї з них складає 200 мільйонів сонячних мас, а маса іншої вдвічі менша. Вони обидві оточені акреційними дисками — структурами з гарячого газу, що утворюються від падіння матеріалу на чорну діру. Такі бінарні системи, на думку вчених, можуть підтримувати акреційні диски протягом мільйонів років. Акреційні диски в анімації мають різні кольори, червоний і синій. Так зробили не лише для того, щоб розрізнити два об’єкти. Справа в тому, що матеріал, який обертається навколо менших чорних дір, відчуває сильніші гравітаційні ефекти, що створюють високі температури. Більш гарячий газ випромінює ближче до блакитної частини спектра. Втім, при таких масах обидва акреційні диски насправді випромінювали б більшу частину свого світла в ультрафіолетовому спектрі, а синій диск досягав би трохи вищої температури.

NASA’s Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman, Brian P. Powell / NASA

Якщо дивитися з ребра, акреційні диски виглядають помітно яскравішими з одного боку. Гравітація змінює шлях світла з різних частин дисків, створюючи спотворене зображення. Швидкий рух газу поблизу чорної діри змінює світність диска через релятивістські ефекти, тому сторона, де газ обертається у напрямку до спостерігача, виглядає яскравішою. Візуалізація також враховує феномен, який називається релятивістською аберацією. Через нього чорні діри здаються меншими, коли наближаються до спостерігача, і більшими, коли віддаляються. Ці ефекти зникають, якщо розглядати систему згори, але з’являються нові. Обидві чорні діри створюють невеликі зображення свого компаньйона під час руху. На цих зображеннях інша чорна діра видна з ребра. Так відбувається, тому що світло від неї перенаправляється під кутом 90 градусів на спостерігача.

NASA’s Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman, Brian P. Powell / NASA

NASA’s Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman, Brian P. Powell / NASA

Як створювали цю анімацію?

Науковці створили цю візуалізацію, обчисливши шлях світла від акреційних дисків чорних дір крізь викривлений простір-час навколо цих масивних об’єктів. На звичайному сучасному комп’ютері розрахунки, необхідні для створення цих кадрів, зайняли б близько десяти років. Тому вчені використали суперкомп’ютер Discover у Центрі моделювання клімату NASA. Обчислення зайняли близько доби, для них застосували лише 2% від 129 000 процесорів суперкомп’ютера.