法蘭克福。星系梅西耶 87 (M87) 位于處女座，距離地球 5500 萬光年。它是一個擁有 12,000 個球狀星團(tuán)的巨大星系，相比之下，銀河系的 200 個球狀星團(tuán)顯得微不足道。M87 的中心藏有一個質(zhì)量為 6.5 億個太陽質(zhì)量的黑洞。這是第一個存在圖像的黑洞，由國際研究合作事件視界望遠(yuǎn)鏡于 2019 年創(chuàng)建。

這個黑洞 (M87*) 以接近光速的速度射出等離子體射流，即所謂的相對論射流，尺度為 6,000 光年。為這股噴流提供動力所需的巨大能量可能來自黑洞的引力，但像這樣的噴流是如何產(chǎn)生的，以及是什么讓它在很長的距離內(nèi)保持穩(wěn)定，目前尚不完全清楚。

黑洞 M87* 吸引在圓盤中以越來越小的軌道旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，直到它被黑洞吞噬。噴流是從圍繞 M87 的吸積盤中心發(fā)射的，歌德大學(xué)的理論物理學(xué)家與來自歐洲、和中國的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)對這個區(qū)域進(jìn)行了非常詳細(xì)的建模。

他們使用高度復(fù)雜的 3D 超級計算機模擬，每次模擬使用 100 萬個 CPU 小時的驚人數(shù)量，并且必須同時求解阿爾伯特愛因斯坦的廣義相對論方程、詹姆斯麥克斯韋的電磁方程和流體動力學(xué)方程萊昂哈德·歐拉。

結(jié)果是一個模型，在該模型中，溫度、物質(zhì)密度和磁場的計算值與天文觀測得出的值非常吻合。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家們能夠在噴流最內(nèi)部區(qū)域的彎曲時空中跟蹤光子的復(fù)雜運動，并將其轉(zhuǎn)化為無線電圖像。然后，他們能夠?qū)⑦@些計算機建模圖像與過去三十年中使用眾多射電望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星進(jìn)行的觀測進(jìn)行比較。

該研究的第一作者亞歷杭德羅·克魯茲-奧索里奧博士評論說：“我們的電磁輻射和 M87 噴流形態(tài)的理論模型與無線電、光學(xué)和紅外光譜中的觀察結(jié)果非常吻合。這告訴我們，超大質(zhì)量黑洞 M87* 可能正在高度旋轉(zhuǎn)，并且等離子體在噴流中被強烈磁化，將粒子加速到數(shù)千光年的尺度。”