研究團隊運用了兩臺能夠每秒進行百億億次運算的超級計算機。最近取得的一項突破中，一個計算天體物理學研究團隊構(gòu)建出了迄今最全面的發(fā)光黑洞吸積模型。團隊使用了全球最強大的兩臺超級計算機"前沿"（Frontier）和"極光"（Aurora）計算物質(zhì)流入黑洞的過程。這一新成就建立在數(shù)十年黑洞研究基礎(chǔ)上，為理解無數(shù)星系核心處的宇宙巨獸提供了新方法。

該團隊由高等研究院和弗拉鐵爾研究所計算天體物理中心的研究人員領(lǐng)銜，宣稱其模型實現(xiàn)了迄今最精確的黑洞吸積模擬。他們在《天體物理學雜志》新發(fā)表的論文中公布了這項成果。論文第一作者張立中（音譯）在新聞聲明中解釋："這是我們首次能夠準確看到包含黑洞吸積最重要物理過程時會發(fā)生什么。"

張立中繼續(xù)解釋道："這些系統(tǒng)具有極強的非線性特征——任何過度簡化的假設都可能徹底改變結(jié)果。最令人興奮的是，我們的模擬現(xiàn)在重現(xiàn)了天空中觀測到的黑洞系統(tǒng)間高度一致的行為模式，從超亮X射線源到X射線雙星系統(tǒng)。在某種意義上，我們成功實現(xiàn)了'不通過望遠鏡而是通過計算機'觀測這些系統(tǒng)。"

黑洞吸積是指黑洞通過捕獲周圍物質(zhì)增加質(zhì)量的過程。這些物質(zhì)被吸入黑洞時，會形成旋轉(zhuǎn)的過熱盤狀結(jié)構(gòu)，即吸積盤。事件視界望遠鏡團隊在2019年首次成功捕捉到這一著名景象。

黑洞的尺寸差異巨大。迄今觀測到最大的鳳凰座A星黑洞質(zhì)量估計至少是太陽的1000億倍。由于這些令人費解的尺寸及模擬黑洞吸積的復雜性，以往模型都采用簡化方法來處理輻射流問題。張立中解釋道："以往方法采用近似處理，將輻射視為某種流體，這并不能反映其真實行為。"

研發(fā)新模型的團隊運用數(shù)十年積累的洞見開發(fā)了新算法，使他們無需近似處理就能解決這一問題。張立中說："目前我們的算法是唯一能通過廣義相對論中輻射的真實特性來提供解決方案的算法。"

該團隊論文特別聚焦于恒星質(zhì)量黑洞——這些質(zhì)量約為太陽10倍的黑洞相比其他黑洞相對較小。與超大質(zhì)量黑洞不同，恒星質(zhì)量黑洞在人類時間尺度上（數(shù)小時甚至數(shù)分鐘）就會發(fā)生變化，這使其成為繪制這些宇宙巨獸演化圖的理想對象。

科學家發(fā)現(xiàn)，當物質(zhì)螺旋式落向恒星質(zhì)量黑洞時，會形成湍流強烈、輻射劇烈的吸積盤。這種結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生強大的星風，也可能形成劇烈的噴流。研究團隊發(fā)現(xiàn)，他們的模型與這類黑洞有限觀測數(shù)據(jù)獲得的光譜吻合度極高。

張立中和團隊在進行研究時，使用了橡樹嶺國家實驗室和阿貢國家實驗室的"前沿"與"極光"超級計算機。這些"百億億次級"計算機是全球最強大的超級計算機，每秒可執(zhí)行百億億次運算。

論文合著者、高等研究院自然科學學院教授詹姆斯·斯通解釋說："該項目的獨特之處在于，一方面需要耗費大量時間和精力開發(fā)能夠模擬這些復雜系統(tǒng)的應用數(shù)學和軟件，另一方面需要在全球最大超級計算機上獲得極大算力配額來執(zhí)行這些計算。現(xiàn)在我們的任務是理解由此產(chǎn)生的所有科學發(fā)現(xiàn)。"

如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！