吸积盘是黑洞在吸入气体、尘埃和空间碎片等物质时，在其周围形成的非常明亮的超加速粒子搅动团。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斯·佩特森提出“巴丁-佩特森效应”，即旋转的黑洞会使倾斜的吸积盘内部区域与黑洞的赤道面对齐。

 

　　数十年来，由于模拟算法和计算机硬件性能的限制，还没有任何一个模型能够精确解释这一现象。

 

　　研究团队借助美国国家科学基金会下属的Blue Waters超级计算机进行数值计算，使用图形处理器（GPU）处理计算产生的大量数据，采用自适应网格优化的算法提高模拟的分辨率，详细仿真了高度与半径之比为0.03的吸积盘与黑洞的相互作用。

 

　　模拟结果显示，吸积盘的内部和外部区域通过平滑的曲面连接，虽然其外部区域保持倾斜，但内部与黑洞赤道面对齐。此外，研究团队成功将磁湍流纳入模拟之中。磁湍流因不同粒子在吸积盘内以不同的速度搅动产生，正是其发挥“阻力”作用使物质最终进入黑洞，在此之前的模拟一般只能将其简化假设为“额外摩擦力”。

 

　　高分辨率模拟对黑洞研究有多重要？研究团队负责人之一、西北大学副教授切赫霍夫斯基解释说，黑洞周围的细节可能看起来很小，但其影响着黑洞的旋转速度，从而影响黑洞对整个星系的作用。

 

　　论文第一作者、阿姆斯特丹大学研究员马修·里斯卡表示，这一模拟不仅解决了一个40年前的问题，而且证明了在完全广义相对论中模拟吸积盘是可行的，这为下一代模拟铺平了道路。

 

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