Суперкомпьютеры проанализировали миллиарды взаимодействий фотонов и горячего газа. Смоделированы диски, джеты и турбулентные потоки. Исследователи сосредоточились на компактных объектах, которые демонстрируют быстрые изменения. Точность моделирования впечатляет.
Ученые разработали самую точную на сегодняшний день модель того, как вещество падает в черные дыры. Для расчетов были задействованы два суперкомпьютера уровня эксафлопсов, Frontier и Aurora, которые способны выполнять квинтиллион операций за секунду. Эти машины позволили просчитать движение газа, его нагрев и закручивание в плотный горячий диск вокруг объекта, что ранее было невозможно из-за сложности процессов. Модель предоставляет реальное представление о том, как свет и материя ведут себя в условиях экстремального гравитационного поля.
Работу проводили специалисты из различных научных центров. В проекте нашли применение десятилетия исследований и новые алгоритмы. В отличие от предыдущих моделей, здесь не использовались упрощенные схемы: излучение учитывается в соответствии с общей теорией относительности. Это имеет важное значение, так как любые сокращения и приближения значительно меняли результаты. Теперь вычислительная модель позволяет увидеть детали, которые ранее оставались вне сферы наблюдений, и получить более достоверное представление о процессах вблизи компактных объектов.
Особое внимание было уделено черным дырам звездной массы — примерно в 10 раз тяжелее Солнца. Их размеры позволяют наблюдать изменения за часы и минуты, что делает их удобной лабораторией для динамического изучения. Вещество формирует турбулентный диск с интенсивным излучением, а на его краях возникают мощные струи и ветры, способные разгонять частицы до колоссальных скоростей. Полученные спектры оказались очень близки к наблюдаемым данным, что подтверждает точность модели.
Благодаря суперкомпьютерам удалось изучить взаимодействия фотонов с горячим газом, магнитными полями и гравитацией с беспрецедентной точностью. Алгоритмы рассчитывают каждое столкновение и обмен энергией, что позволяет строить последовательную эволюцию диска и предсказывать поведение потоков вещества. Система основывается на оптимизированных численных методах и распределении нагрузки между тысячами ядер, что повышает точность расчетов.
Этот проект стал итогом многолетней работы, объединяющей физику, программирование и анализ данных. Ранее исследователям приходилось жертв
Фото: hi-tech.mail.ru