Новая 4D-модель ускорит создание реалистичных фильмов о черных дырах
Международная группа астрофизиков представила новую аналитическую модель, которая объединяет описание аккреционного потока и временную изменчивость излучения вокруг черных дыр. Результаты работы опубликованы в репозитории arXiv.
Авторы предложили единый подход к двум ключевым компонентам «фильмов» о черных дырах: закону вращения вещества в окрестностях горизонта событий и стохастической структуре источников. В отличие от существующих моделей, новый метод допускает излучение не только из экваториальной плоскости, но и из более высоких широт, что важно для моделирования дисков и джетов.
Для описания вращения исследователи применили «подъём» экваториального профиля удельного углового момента на цилиндрические поверхности с учётом полной метрики Керра. Это позволило задать поле скоростей жидкости вне геодезических траекторий, а также по желанию возвращаться к модели свободного падения частиц.
В качестве основы для временной изменчивости использовано четырёхмерное (три пространственные координаты плюс время) неоднородное анизотропное гауссово случайное поле типа Матерна. Исследователи построили единый корреляционный тензор, который охватывает как тороидальный аккреционный диск, так и центральную струю (джет).
По словам авторов, итоговая модель готова к прямому применению в релятивистских расчётах излучения толстых дисков и систем «диск-джет» с учётом временной эволюции. Это открывает путь к более реалистичным симуляциям изображений чёрных дыр, которые будут получены в будущих кампаниях Event Horizon Telescope и других инструментов.
Разработка может существенно сократить вычислительные затраты при создании синтетических «фильмов» чёрных дыр, что важно для интерпретации наблюдений и проверки теорий аккреции и релятивистских струй.
Новая модель уже доступна для научного сообщества в виде математического описания и готова к реализации в численных кодах.
