计算机建模解释了黑洞观测

法兰克福。星系梅西耶 87 (M87) 位于处女座，距离地球 5500 万光年。它是一个拥有 12,000 个球状星团的巨大星系，相比之下，银河系的 200 个球状星团显得微不足道。M87 的中心藏有一个质量为 6.5 亿个太阳质量的黑洞。这是第一个存在图像的黑洞，由国际研究合作事件视界望远镜于 2019 年创建。

这个黑洞 (M87*) 以接近光速的速度射出等离子体射流，即所谓的相对论射流，尺度为 6,000 光年。为这股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，以及是什么让它在很长的距离内保持稳定，目前尚不完全清楚。

黑洞 M87* 吸引在圆盘中以越来越小的轨道旋转的物质，直到它被黑洞吞噬。喷流是从围绕 M87 的吸积盘中心发射的，歌德大学的理论物理学家与来自欧洲、和中国的科学家现在已经对这个区域进行了非常详细的建模。

他们使用高度复杂的 3D 超级计算机模拟，每次模拟使用 100 万个 CPU 小时的惊人数量，并且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流体动力学方程莱昂哈德·欧拉。

结果是一个模型，在该模型中，温度、物质密度和磁场的计算值与天文观测得出的值非常吻合。在此基础上，科学家们能够在喷流最内部区域的弯曲时空中跟踪光子的复杂运动，并将其转化为无线电图像。然后，他们能够将这些计算机建模图像与过去三十年中使用众多射电望远镜和卫星进行的观测进行比较。

该研究的第一作者亚历杭德罗·克鲁兹-奥索里奥博士评论说：“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察结果非常吻合。这告诉我们，超大质量黑洞 M87* 可能正在高度旋转，并且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。”