Это показало тщательное моделирование на суперкомпьютере
Финский астрофизик показал, что состояния жесткого и мягкого рентгеновского излучения от аккреционного диска черной дыры возникают в зависимости от скорости инжекции массы в него. Для этого он провел тщательное моделирование на суперкомпьютере, включающее все распространенные процессы квантовой электродинамики. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Если у черной дыры есть спутник, например, звезда, то в такой парной системе черная дыра может притянуть к себе вещество своего спутника, и образовать аккреционный диск. Благодаря этому явлению ученые могут непосредственно наблюдать и изучать процессы, происходящие в окрестностях черных дыр. Однако физика самих аккреционных дисков до сих пор полностью не изучена. В основном, физики пытаются создать правдоподобные модели поведения вещества в таких дисках. Но многие вопросы так или иначе оставались открытыми, например, ученые долгое время не могли разобраться, почему рентгеновское излучение аккреционных дисков может испускаться в двух состояниях, мягком и жестком.
Йоонас Няттила (Joonas Nättilä) из Университета Хельсинки объяснил происхождение этих двух состояний. Для этого он провел компьютерное моделирование намагниченной турбулентной плазмы аккреционного диска с самосогласованным включением всех основных процессов квантовой электродинамики. Ученый рассмотрел турбулентную активность вспышек в бесстолкновительной короне аккреционного диска с характерным размером зоны излучения около 30 километров, сопоставимым с размером горизонта событий черной дыры с массой около 20 солнечных. При этом ученый варьировал параметр скорости притока дополнительной массы и энергии в аккреционный диск и наблюдал за процессами рождения рентгеновского излучения в зависимости от этого параметра.
Моделирование показало, что от скорости притока дополнительной массы напрямую зависит какие процессы квантовой электродинамики преобладают и определяют рождение рентгеновских фотонов. Согласно данным астрофизика, при низких значениях этого параметра энергия фотонов растет благодаря турбулентной объемной комптонизации. Это приводит к жесткому спектру излучения. Увеличивая значение скорости притока дополнительной массы и энергии, ученый показал, что при этом происходит охлаждение плазмы аккреционного диска и увеличению количества рождающихся аннигиляционных пар, что уменьшает оптическую прозрачность диска. Эти эффекты приводят к изменению спектра рентгеновского излучения к более мягкому диапазону по энергии.
Физик также сравнил результаты своего моделирования с данными наблюдений за рентгеновским излучением от источника Лебедь Х-1. Результаты оказались в согласии в рамках ошибок с наблюдаемыми спектрами.
Конечно, изучать такие масштабные явления ученым приходится в основном по компьютерным моделям. Впрочем, недавно ученые смогли воссоздать аккреционный диск в лаборатории.
Значимость обнаружения составила 2,6 сигма
Физики из эксперимента по поиску темной материи PandaX сообщили об обнаружении упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах ксенона. Мы уже писали, что ученые из эксперимента XENONnT объявили на конференции IDM об обнаружении этого процесса. На той же конференции представитель коллаборации PandaX Ли Шуайцзе (Shuaijie Li) сделал доклад об аналогичном обнаружении при помощи двухфазного ксенонового детектора, расположенного в Китайской национальной лаборатории Цзиньпин. Значимость обнаружения составила 2,6 сигма, что практически идентично результатам эксперимента XENONnT. Спустя несколько дней появился препринт коллаборации PandaX об этом открытии.