Ученые подтвердили существование стоячих ударных волн в аккреционных потоках черных дыр

Распределение фактора Лоренца (log (𝛾−1), сверху) и намагниченности (log (𝜎), снизу). Автор: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf635

Международная группа исследователей под руководством профессора Мао Жижун из Обсерваторий Юньнаня Китайской академии наук опубликовала в The Astrophysical Journal исследование, подтверждающее наличие стоячих ударных волн в режимах аккреции черных дыр с низким угловым моментом.

Используя общерелятивистские магнито-гидродинамические (GRMHD) симуляции, ученые идентифицировали стационарное ударное явление в аккреционных потоках вокруг черных дыр.

Аккреция происходит вокруг компактных объектов из-за их сильных гравитационных полей. Физика аккреции является передним краем исследований в области высокоэнергетической астрофизики и ключевым фактором в понимании формирования и эволюции галактик.

С тех пор как Телескоп горизонта событий (EHT) в 2019 году запечатлел первое изображение тени черной дыры, изучение аккреции вблизи горизонта событий черной дыры стало главным приоритетом в этой области.

Хотя давно предполагалось, что ударные волны могут формироваться в аккреционных потоках вблизи центральных черных дыр (где «стоячие ударные волны» определяются своими фиксированными позициями), научный консенсус относительно их существования оставался неуловимым.

Чтобы устранить этот пробел, команда провела как двухмерные, так и трехмерные MHD-симуляции в рамках общей теории относительности, сосредоточившись на динамике аккреции черных дыр.

Они обнаружили, что в режимах аккреции с низким угловым моментом ударная волна последовательно формируется вблизи центральной черной дыры и сохраняет стабильное положение на протяжении всего процесса аккреции, что предоставляет прямое доказательство существования стоячих ударных волн.

Кроме того, стоячие ударные волны появляются в аккреционных дисках «стандартной и нормальной эволюции» (SANE), но отсутствуют в системах «магнитно-арестованного диска» (MAD), что уточняет модели аккреции черных дыр.

Исследование также связывает стоячие ударные волны с хорошо документированным астрофизическим явлением: квазипериодическими осцилляциями (QPOs). Поскольку стоячие ударные волны колеблются в фиксированных местах, они ускоряют заряженные частицы; излучение, испускаемое этими ускоренными частицами, соответствует периодическим сигналам, наблюдаемым в рентгеновских двойных системах и активных галактических ядрах, что предлагает новое объяснение происхождения QPO.

«Это исследование продвигает наше понимание физики аккреции — области, центральной для раскрытия поведения черных дыр и эволюции галактик», — заявил профессор Мао.

Дополнительная информация: Jirong Mao et al, Low-angular-momentum Black Hole Accretion: First General Relativistic Magnetohydrodynamic Evidence of Standing Shocks, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf635

Источник: Chinese Academy of Sciences

ИИ: Это фундаментальное открытие в астрофизике 2025 года, которое не только подтверждает теоретические предсказания, но и предлагает новое объяснение для квазипериодических осцилляций — явления, которое десятилетиями ставило ученых в тупик.