计算机建模解释黑洞观察

法兰克福。梅西耶87 (M87)星系位于处女座，距离地球5500万光年。这是一个巨大的星系，有12，000个球状星团，而银河系只有200个球状星团。M87中心有一个质量为6.5亿个太阳的黑洞。这是第一个有图像的黑洞，由国际研究合作事件视界望远镜于2019年创建。

这个黑洞(M87*)以接近光速的速度发射出等离子体喷流，也就是所谓的相对论喷流，其尺度为6000光年。为这种喷流提供动力所需的巨大能量可能来自黑洞的引力，但像这样的喷流是如何产生的，以及是什么使它在长距离上保持稳定，目前仍不完全清楚。

黑洞M87*吸引着圆盘中以越来越小的轨道旋转的物质，直到被黑洞吞噬。喷流是从M87周围的吸积盘中心发出的，歌德大学的理论物理学家和来自欧洲和中国的科学家现在已经对这个区域做了一个非常详细的模型。

他们使用高度复杂的3D超级计算机进行模拟，每次都使用了数量惊人的100万个CPU小时，而且他们必须同时求解阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论方程、詹姆斯麦克斯韦的电磁方程和莱昂哈德欧拉的流体动力学方程。

结果是一个模型，其中温度、物质密度和磁场的计算值与从天文观测中获得的值非常一致。在此基础上，科学家可以追踪光子在喷流最内部区域的弯曲时空中的复杂运动，并将其转换为射电图像。然后，他们可以将这些计算机模拟的图像与过去三十年中许多射电望远镜和卫星的观测结果进行比较。

该研究的第一作者Alejandro Cruz-Osorio博士评论道：“我们的电磁辐射和M87喷流形态的理论模型与无线电、光学和红外光谱中的观测结果非常一致。这告诉我们，超大质量黑洞M87*可能是高度旋转的，等离子体在喷流中被强烈磁化，将粒子加速到数千光年的尺度。”