Миллиард солнечных масс, струи материи на 5% скорости света и 700 тысяч часов вычислений. Что увидел самый быстрый суперкомпьютер в мире, заглянув в окрестности чёрной дыры

Суперкомпьютер Frontier Галактическое скопление Супермассивная чёрная дыра Магнитные поля Джеты Газовые филументы Экзафлопс
Миллиард солнечных масс, струи материи на 5% скорости света и 700 тысяч часов вычислений. Что увидел самый быстрый суперкомпьютер в мире, заглянув в окрестности чёрной дыры
Суперкомпьютер Frontier Галактическое скопление Супермассивная чёрная дыра Магнитные поля Джеты Газовые филументы Экзафлопс

Учёные впервые воспроизвели загадочные нити газа вокруг скоплений.

image

Учёным удалось с помощью самого мощного суперкомпьютера в мире показать, как крупнейшие структуры во Вселенной сохраняют устойчивость на протяжении миллиардов лет.

Для этого они обратились к Frontier — системе, способной выполнять два квинтиллиона операций в секунду. На ней исследователи смоделировали эволюцию галактического кластера массой в квадриллион Солнц, в центре которого находится чёрная дыра в миллиард солнечных масс. Супермассивные чёрные дыры питают активные галактические ядра, выбрасывающие колоссальное количество тепла, газа и пыли. Часть этого вещества образует яркий аккреционный диск, а часть уходит далеко за пределы галактики. Учёных интересовал главный вопрос — как такие системы не разрушаются под собственным весом.

В ходе эксперимента команда отслеживала работу релятивистских джетов, струй материи, выбрасываемых из окрестностей чёрной дыры. Даже при мощности Frontier скорость в модели пришлось ограничить до пяти процентов от скорости света. На расчёты ушло около двух миллионов итераций, более 700 тысяч вычислительных часов и свыше 17 тысяч графических процессоров.

Симуляция позволила впервые воспроизвести тонкие газовые нити, окружающие галактические кластеры и наблюдаемые в реальности, например, в скоплении Персей. Их происхождение долгое время оставалось загадкой. Теперь ясно, что они возникают из-за взаимодействия холодных потоков газа с горячей плазмой межгалактической среды и магнитными полями, температура которых достигает сотен миллионов градусов.

Результаты показывают, что именно магнитные поля играют ключевую роль в поддержании баланса энергии и стабильности таких гигантов. Учёные планируют расширить модель, добавив в неё космические лучи и дополнительные эффекты плазмы. По их словам, понимание этих процессов может быть полезно не только для астрофизики, но и для изучения турбулентности в сверхновых и даже в термоядерных реакторах.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.