东北大学和宇都宫大学的研究人员在理解黑洞周围被称为“吸积盘”的结构中湍流的复杂性质方面取得了突破，他们使用最先进的超级计算机进行了迄今为止最高分辨率的模拟。吸积盘，顾名思义，是一种圆盘状的气体，它向中心黑洞旋转。
人们对研究黑洞的独特和极端性质非常感兴趣。然而，黑洞不允许光逃逸，因此不能被望远镜直接观测到。为了探测和研究黑洞，我们观察它们是如何影响周围环境的。吸积盘是间接观察黑洞效应的一种方式，因为它们发射的电磁辐射可以通过望远镜看到。
“准确地模拟吸积盘的行为大大提高了我们对黑洞周围物理现象的理解，”Yohei Kawazura解释说，“它为解释事件视界望远镜的观测数据提供了至关重要的见解。”
研究人员利用RIKEN的“Fugaku”(到2022年为止世界上最快的计算机)和NAOJ的“ATERUI II”等超级计算机进行了前所未有的高分辨率模拟。虽然以前有吸积盘的数值模拟，但由于缺乏计算资源，没有一个观测到惯性范围。这项研究首次成功地再现了吸积盘湍流中连接大小涡流的“惯性范围”。
磁旋的空间结构
吸积盘中的Nal湍流(模拟)。(A)表示流量，(B)表示磁场强度。白线代表典型的磁场线。?洋平Kawazura
人们还发现，“慢磁声波”在这个范围内占主导地位。这一发现解释了为什么离子在吸积盘中被选择性地加热。吸积盘中的湍流电磁场与带电粒子相互作用，可能会将一些粒子加速到极高的能量。
在磁流体力学中，磁声波(慢速和快速)和阿尔夫萨芬波构成了波的基本类型。慢磁声波在惯性范围内占主导地位，携带的能量大约是阿尔夫萨芬波的两倍。这项研究还强调了吸积盘湍流和太阳风湍流之间的根本区别，在那里，阿尔夫萨芬波占主导地位。
这一进展有望改善射电望远镜对黑洞附近区域观测数据的物理解释。
这项研究发表在2024年8月28日的《科学进展》杂志上。
吸积盘湍流的艺术图像。插图为本研究模拟计算的磁场波动。?洋平Kawazura
