91��ý

Ученые физико-технического факультета Казахский национальный университет имени аль-Фараби делают новый шаг в исследовании одной из самых сложных и загадочных областей современной астрофизики — черных дыр. Сегодня понимание природы черных дыр имеет огромное значение не только для фундаментальной науки, но и для расширения представлений человечества о строении Вселенной. В этом направлении исследователи КазНУ реализуют масштабный проект «Исследование наблюдаемых признаков дилатонных черных дыр». Проект направлен на изучение уникальных свойств дилатонных черных дыр — объектов, рассматриваемых в альтернативных теориях гравитации и отличающихся от стандартных моделей черных дыр.

Одним из самых значимых достижений современной астрофизики последних лет стало получение первых изображений теней черных дыр M87* и Sgr A* с помощью сети телескопов Event Horizon Telescope Collaboration. Это открытие не только подтвердило существование черных дыр, но и открыло новые возможности для изучения структуры пространства-времени вокруг них. Несмотря на то, что современные наблюдения в целом согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, некоторые данные, в частности параметры движения объекта G2 в центре нашей Галактики, указывают на возможность существования альтернативных моделей, отличных от классической модели Керра. Именно поэтому особый интерес представляют дилатонные черные дыры, которые являются решениями уравнений Эйнштейна с дополнительными скалярными полями. Исследование их оптических и динамических характеристик позволяет глубже проверить современные теории гравитации.

Основная цель проекта заключается в аналитическом и численном исследовании свойств аккреционных дисков, квазипериодических осцилляций и теней дилатонных черных дыр. Работа направлена на поиск уникальных признаков, позволяющих отличить дилатонные черные дыры от стандартных черных дыр Шварцшильда или Керра. Ученые планируют исследовать орбитальные параметры частиц в аккреционных дисках, включая угловую скорость, момент импульса, энергию и эффективный потенциал. На основе модели Новикова–Торна–Пейджа будут изучены устойчивость круговых орбит, радиус ближайшей устойчивой орбиты, потоки излучения и светимость дисков. Эти исследования позволят глубже понять влияние физических параметров на характеристики аккреционных структур вокруг черных дыр.

Еще одним важным направлением проекта является исследование фундаментальных эпициклических частот движения частиц в метрике дилатонных черных дыр. Используя модель релятивистской прецессии Стеллы–Вьетри, исследователи сопоставят результаты теоретического моделирования с наблюдаемыми данными квазипериодических осцилляций (QPO). Такой подход позволит определить ключевые параметры черных дыр, включая массу и заряд, для реальных астрофизических объектов, таких как GRO J1655-40, XTE J1550-564 и GRS 1915+105. Кроме того, в рамках проекта будут решаться геодезические уравнения для световых частиц, рассчитываться радиусы фотонных сфер и интенсивность теней черных дыр. Также планируется моделирование яркости фотонных колец и теней дилатонных черных дыр в условиях сферической аккреции вещества.

Для решения столь сложных задач исследовательская группа КазНУ использует современные вычислительные методы и программные средства, включая Python, Mathematica и Maple. Особое внимание уделяется моделированию теней черных дыр и фотонных колец с использованием метода обратного трассирования лучей (ray-tracing), оптимизированного с помощью GPU-ускорения. Такой подход позволяет с высокой точностью рассчитывать траектории фотонов в искривленном пространстве-времени. Полученные результаты планируется сопоставить с наблюдательными данными телескопа EHT по объектам Sgr A* и M87*, что позволит установить ограничения на параметры дилатонных черных дыр.

Научная новизна проекта заключается в комплексном исследовании оптических свойств аккреционных дисков и квазипериодических осцилляций вокруг дилатонных черных дыр. Эти исследования могут сыграть ключевую роль в различении различных классов черных дыр. Проект носит междисциплинарный характер и объединяет такие направления, как общая теория относительности, астрофизика, математическая физика и численные методы вычислений. Работа в данном направлении не только расширяет теоретические знания, но и способствует укреплению международного научного сотрудничества и обмену опытом с ведущими исследовательскими центрами мира.

Особое значение проект имеет для развития научно-технического потенциала Казахстана. В рамках проекта большое внимание уделяется подготовке высококвалифицированных специалистов, включая докторантов и постдокторантов, что способствует укреплению кадрового потенциала страны в области астрофизики. Результаты исследований будут опубликованы в ведущих международных научных журналах, что повысит конкурентоспособность казахстанской науки на мировом уровне. Несмотря на фундаментальный характер проекта, он также создает основу для развития новых методов анализа астрофизических данных и перспективных космических технологий.

Реализация проекта рассчитана на 2025–2027 годы, а объем государственного грантового финансирования превышает 118 миллионов тенге. Эти средства будут направлены на использование современных вычислительных ресурсов, участие в международных конференциях и проведение исследований на высоком научном уровне. Ожидается, что по итогам проекта уровень технологической готовности перейдет от фундаментальных исследований к разработке новых астрономических методов и подходов.

Таким образом, инициатива ученых Казахский национальный университет имени аль-Фараби представляет собой важный шаг на пути к раскрытию тайн черных дыр, изучению новых аспектов гравитации и укреплению позиций отечественной науки на мировой арене. Исследование теней и динамики дилатонных черных дыр способно не только изменить наше понимание Вселенной, но и открыть новые перспективы для будущих астрофизических открытий.