黑洞40年未解之谜得以清晰揭秘

中新网6月9日电(记者胡定坤)由美国西北大学、英国牛津大学和荷兰阿姆斯特丹大学的天体物理学家组成的国际团队联合进行了迄今分辨率最高的黑洞模拟，解决了困扰世界天文学家40年的“巴廷-帕特森效应”难题。相关的结果最近发表在著名的国际杂志《天文学》上，《皇家天文学会月刊》。

吸积盘是一种非常明亮的超加速粒子搅动器，当它吸入气体、灰尘和太空碎片时，会在黑洞周围形成。1975年，诺贝尔奖获得者物理学家约翰·巴丁和天体物理学家雅各布·帕特森提出了“巴蒂恩-帕特森效应”，即旋转黑洞将倾斜吸积盘的内部区域与黑洞的赤道对齐。

几十年来，由于模拟算法和计算机硬件性能的限制，没有一个模型能够准确地解释这一现象。

研究小组使用美国国家科学基金会下属的蓝水超级计算机进行数值计算，使用图形处理器处理大量计算产生的数据，采用自适应网格优化算法提高模拟的分辨率，并详细模拟吸积盘和高半径比为0.03的黑洞之间的相互作用。

模拟结果表明，吸积盘的内外区域由光滑曲面连接。虽然吸积盘的外部区域保持倾斜，但内部区域与黑洞的赤道面对齐。此外，研究小组成功地将磁湍流纳入模拟。磁湍流是由吸积盘中不同速度的不同粒子搅动而引起的。正是磁湍流发挥了“阻力”作用，使物质最终进入黑洞。在此之前，模拟只能简化并假设为“附加摩擦力”。

高分辨率模拟对黑洞研究有多重要？西北大学副教授、团队负责人之一切赫·霍夫斯基解释说，黑洞周围的细节可能看起来很小，但它会影响黑洞的旋转速度，从而影响黑洞对整个银河系的影响。

论文的第一作者、阿姆斯特丹大学的研究员马修·里斯卡说，模拟不仅解决了40年前的一个问题，而且证明了在完全广义相对论中模拟吸积盘是可行的，为下一代模拟铺平了道路。