超級計算機模擬，揭開黑洞吸積盤湍流之謎

東北大學和宇都宮大學的研究人員在理解圍繞黑洞、被稱爲吸積盤的結構中湍流的複雜性質方面取得了突破，他們使用最先進的超級計算機進行了迄今最高分辨率的模擬。

顧名思義，吸積盤是一種盤狀的氣體，朝着中心黑洞向內螺旋。

人們對研究黑洞獨特且極端的特性興致頗高。然而，黑洞不讓光逃逸，所以無法被望遠鏡直接觀測到。

爲了探索黑洞並加以研究，我們轉而觀察它們如何影響周圍環境。吸積盤便是一種間接觀測黑洞影響的途徑，因爲它們會發出可被望遠鏡觀測到的電磁輻射。

“對吸積盤行爲的精確模擬極大地增進了我們對於黑洞周圍物理現象的理解，”Yohei Kawazura 解釋道，“它爲解讀事件視界望遠鏡的觀測數據提供了關鍵的見解。”

研究人員利用超級計算機，如理化學研究所的富嶽（截至 2022 年世界上最快的計算機）和日本氣象廳的ATERUI II 進行了前所未有的高分辨率模擬實驗。

這項研究於 2024 年 8 月 28 日發表在 《科學進展》 上。

儘管此前已有關於吸積盤的數值模擬，但因計算資源匱乏，無一能夠觀測到慣性範圍。

這項研究首次成功再現了連接吸積盤湍流中大小漩渦的“慣性範圍”。

還發現“慢磁聲波”於這個範圍內佔據主導地位。

這一發現解釋了離子在吸積盤中爲何會被有選擇地加熱。

吸積盤中的湍動電磁場與帶電粒子相互作用，有可能使一些粒子加速至極高的能量。

在磁流體動力學中，磁聲波（慢波和快波）和阿爾文波構成了波的基本類型。研究發現，慢磁聲波在慣性範圍內佔據主導地位，其所攜帶的能量約爲阿爾文波的兩倍。

這一進展有望改善對射電望遠鏡聚焦於黑洞附近區域的觀測數據的物理解釋。

在磁流體動力學中，磁聲波（慢波和快波）和阿爾文波構成了波的基本類型。研究發現，慢磁聲波在慣性範圍內佔據主導地位，其所攜帶的能量約爲阿爾文波的兩倍。

該研究還指出了吸積盤湍流和太陽風湍流之間的根本差異，即阿爾文波在太陽風湍流中占主導地位。

這一進展有望改善對射電望遠鏡聚焦於黑洞附近區域的觀測數據的物理解釋。