Гравитационные обсерватории уточнят общую теорию относительности

Магнитные силовые линии (зеленым) и концентрические «карманы», образуемые ими. Иллюстрация Physorg

Прогресс науки и техники тесно связан с повышением разрешающей способности создаваемых ими инструментов и механизмов. Нечто похожее прослеживается в истории развития оптической, а затем и других видов астрономии, начавшейся с телескопа Галилео Галилея. Этот прибор с четырехкратным увеличением позволил Галилею разглядеть лунные кратеры. Сегодня, после 30 лет доминирования на орбите телескопа Хаббла, все с нетерпением ждут потока информации от недавно запущенного на орбиту телескопа, названного в память о руководителе NASA – «Джеймс Уэбб».

Надо признать, что картинки, получаемые как с Земли, так и из космоса, имеют довольно плохое, с точки зрения астрономов, размытое качество. Неудивительно поэтому, что астрономы и астрофизики разных стран пытаются улучшить разрешение и четкость, используя сверхмощные суперкомпьютеры. Это особенно важно при исследовании черных дыр, которые, как выяснилось, могут быть не такими уже и «черными».

В середине января 2022 года большая группа астрофизиков сообщила о результатах моделирования, полученных в лаборатории Оук-Ридж в штате Теннесси, а также на суперкомпьютерах в университетах Техаса в г. Остин и Калифорнийского в Сан-Диего. Авторы статьи в журнале Astrophysical J. Letters моделировали процессы, протекающие в аккреционном («собирательном») диске черной дыры. Последний представляет собой тор («бублик»), формирующийся из поглощаемого черной дырой вещества. Внутренний предел диска получил название горизонт событий (Event Horizon). Назван он так потому, что внутри него гравитационное поле черной дыры перестает выпускать фотоны, и это делает ее невидимой.

Однако на горизонте событий происходит много удивительных процессов, что и отражено в названии статьи: «Вспышки черной дыры: Выброс магнитных полей 3D плазмоидных связей». В качестве объекта моделирования была избрана сверхмассивная дыра в давно исследуемой галактике М 87, расположенной на оси зодиакального созвездия Рыб и соседнего с ним Персея.

Ученые поясняют, что космическое вещество не просто «падает» на черную дыру, а вследствие мощного разогрева внутренних слоев аккреционного диска обретает огромную энергию. Энергия эта не только разгоняет частицы возникающей плазмы, в которой атомы теряют свои электроны, – до околосветовых скоростей, но действует на магнитное поле. Вследствие этого частицы плазмы могут выходить за пределы гравитационного поля. Дыра не только искривляет пространство-время вокруг себя, но и генерирует мощное магнитное поле, силовые линии которого принимают участие в формировании струй, уходящих от дыры в космос с ее полюсов.

Компьютерный анализ позволил выявить наличие своеобразных «карманов», формируемых магнитными потоками. Возможное существование этих процессов способствует регистрации вспышек на границе диска. Опять же об этом свидетельствуют результаты моделирования, которые, по словам авторов, в 1000 раз превышают разрешение всех предыдущих попыток «симуляций».

Ученым Гавайского университета такое пока не по силам из-за отсутствия у них суперкомпьютера. Однако его астрофизики стараются не отставать от своих коллег. Они давно изучают звездный суперкластер Ланиакеа (Laniakea), представляющий собой совокупность более 10 тыс. галактик и их скоплений протяженностью 350 млн световых лет. Изучение их движений дало возможность проследить динамику развития на протяжении 11 млрд лет. Большой взрыв случился всего на 1,5 млрд лет раньше.

По мнению гавайцев, которым помогали коллеги из университетов Мэриленда и Парижа, свободное разбегание исходных – примордиальных – звездных образований постепенно замедлилось. Причина – действие «Великого аттрактора» (Great Attractor), отражающего действие закона Хаббла о связи скорости и удаления галактик.

Внимание ученых привлекает и другое скопление в районе созвездия Девы, ближайшее к Земле. Авторы, опираясь на данные анализа движения галактик в скоплении Ланиакеа, считают, что аттрактор отражает наличие источников гравитации. Именно на эти точки и следует направить будущие гравитационные обсерватории для дальнейшего уточнения общей теории относительности.