研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了兩臺(tái)能夠每秒進(jìn)行百億億次運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)。最近取得的一項(xiàng)突破中，一個(gè)計(jì)算天體物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出了迄今最全面的發(fā)光黑洞吸積模型。團(tuán)隊(duì)使用了全球最強(qiáng)大的兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)"前沿"（Frontier）和"極光"（Aurora）計(jì)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(tuán)隊(duì)由高等研究院和弗拉鐵爾研究所計(jì)算天體物理中心的研究人員領(lǐng)銜，宣稱其模型實(shí)現(xiàn)了迄今最精確的黑洞吸積模擬。他們在《天體物理學(xué)雜志》新發(fā)表的論文中公布了這項(xiàng)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(zhǔn)確看到包含黑洞吸積最重要物理過程時(shí)會(huì)發(fā)生什么。"

張立中繼續(xù)解釋道："這些系統(tǒng)具有極強(qiáng)的非線性特征——任何過度簡化的假設(shè)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(shí)現(xiàn)了'不通過望遠(yuǎn)鏡而是通過計(jì)算機(jī)'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(shí)，會(huì)形成旋轉(zhuǎn)的過熱盤狀結(jié)構(gòu)，即吸積盤。事件視界望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)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(jì)至少是太陽的1000億倍。由于這些令人費(fèi)解的尺寸及模擬黑洞吸積的復(fù)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(shí)行為。"

研發(fā)新模型的團(tuán)隊(duì)運(yùn)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(duì)論中輻射的真實(shí)特性來提供解決方案的算法。"

該團(tuán)隊(duì)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(duì)較小。與超大質(zhì)量黑洞不同，恒星質(zhì)量黑洞在人類時(shí)間尺度上（數(shù)小時(shí)甚至數(shù)分鐘）就會(huì)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(duì)象。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物質(zhì)螺旋式落向恒星質(zhì)量黑洞時(shí)，會(huì)形成湍流強(qiáng)烈、輻射劇烈的吸積盤。這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的星風(fēng)，也可能形成劇烈的噴流。研究團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)在進(jìn)行研究時(shí)，使用了橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的"前沿"與"極光"超級(jí)計(jì)算機(jī)。這些"百億億次級(jí)"計(jì)算機(jī)是全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒可執(zhí)行百億億次運(yùn)算。

論文合著者、高等研究院自然科學(xué)學(xué)院教授詹姆斯·斯通解釋說："該項(xiàng)目的獨(dú)特之處在于，一方面需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力開發(fā)能夠模擬這些復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)學(xué)和軟件，另一方面需要在全球最大超級(jí)計(jì)算機(jī)上獲得極大算力配額來執(zhí)行這些計(jì)算?，F(xiàn)在我們的任務(wù)是理解由此產(chǎn)生的所有科學(xué)發(fā)現(xiàn)。"

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