Общая концепция проекта
Идея проекта – Исследовать динамику физических процессов, протекающих в центрах галактик при взаимодействии звезд с центральной сверхмассивной черной дырой (СМЧД), используя новейшие достижения в компьютерных технологиях. Предоставить мировому научному сообществу семейство высокоточных численных моделей галактических ядер. Ответить на следующие актуальные вопросы современной астрофизики: чем обусловлен избыток гамма- и рентгеновского излучений в центре Галактики? (Здесь и далее при написании слова “Галактика” с большой буквы подразумевается галактика Млечный Путь.); каковы особенности слияния черных дыр в активных ядрах галактик (АЯГ)?; существуют ли миллисекундные пульсары в центрах галактик?; каковы наиболее точные прогнозы обнаружения гравитационных волн при слиянии компактных объектов с СМЧД?.
Цель
Целью проекта является создание семейства из 10 реалистичных численных моделей эволюции галактических ядер для исследования динамических процессов, протекающих в галактических центрах при взаимодействии с СМЧД и поиска ответов на перечисленные выше вопросы.
Задачи проекта
Задача 1. Разработка библиотек для модернизации алгоритмов взаимодействия звезд с СМЧД с учетом звездной эволюции для продукта NBODY6++GPU-stardisk и крупномасштабное (с числом частиц порядка одного миллиона) моделирование центра галактики Млечный Путь.
Задача 2. Разработка библиотек для модернизации алгоритмов взаимодействия звезд с газовым аккреционным диском для продукта NBODY6++GPU-stardisk и крупномасштабное (с числом частиц порядка одного миллиона) моделирование активного ядра галактики с учетом звездной эволюции и динамики двойных звезд.
Задача 3. Создание семейства приближенных моделей эволюции спокойных и активных галактических ядер.
Задача 4. Подробный анализ и интерпретация выходных данных всех симуляций.
Полученные результаты
2020:
Проведена разработка библиотек для продукта NBODY6++GPU-stardisk. В результате мы обновили модели звездной эволюции, в особенности зависимость конечной массы компактных объектов от начальной массы звезды-прародителя, а также зависимость скорости, обусловленной толчком при взрыве сверхновой в момент формирования нейтронных звезд и черных дыр. Мы усовершенствовали критерии аккреции звезд на сверхмассивную черную дыру, а именно: ввели динамический радиус аккреции, который зависит от радиуса и массы аккрецирующейся звезды; добавили учет гравитационного излучения при взаимодействии компактных объектов со сверхмассивной черной дырой; добавили учет частичной аккреции красных гигантов; увеличили точность интегрирования двойных звезд при сближении со сверхмассивной черной дырой. Для более точного моделирования периферии компактного звездного скопления, мы добавили гравитационное воздействие галактического потенциала. В заключение, мы провели ряд тестовых симуляций для оценки корректности разработанных библиотек.
2021:
Проведен запуск крупномасштабной симуляции центра галактики Млечный Путь с учетом звездной эволюции, формирования и эволюции двойных и кратных звездных систем. По результатам данной симуляции, мы оценили вклад систем с двойными белыми карликами, нейтронными звездами и черными дырами в высокоэнергетичное излучение центра галактики. Проведены оценки количества слияний компактных объектов в галактических центрах посредством излучения гравитационных волн. Разработаны библиотеки для модернизации алгоритмов взаимодействия звезд с газовым аккреционным диском для продукта NBODY6++GPU-stardisk и запущена крупномасштабная симуляция активного ядра галактики с учетом звездной эволюции и динамики двойных звезд. Новизна заключается в том, что это первая симуляция, проводимая методами прямого интегрирования, которая включает в себя взаимодействие звезд с газовым диском, звездную эволюцию, динамику формирования двойных звезд в газовом диске, движение двойных звезд в диске, влияния силы трения газа на темп слияния двойных звезд.
