位于田纳西州橡树岭国家实验室名为 Summit 的超级计算机,占地面积相当于两个网球场,重量超过一架大型商用飞机。
在某些情况下,这台机器每秒可以进行约十亿次计算,从而能够模拟物理、生物和其他领域的复杂系统。
最近,一组天文学家使用 Summit 模拟了一个超大质量黑洞及其周围的物质漩涡(“吸积盘”),考虑了所有相关的气体动力学、磁力以及空间扭曲。
他们的研究结果与黑洞以相对悠闲的方式吞噬其吸积盘的传统观点背道而驰。相反,研究团队发现,模拟的黑洞贪婪地吞噬物质,并在此过程中制造了混乱。
模拟黑洞

(图片来源:NASA/Nima Abkenar 插画)
NASA/Nima Abkenar 插画
模拟黑洞的结果可能有助于解释一种突然爆发并迅速消失的 类星体。类星体包含超大质量黑洞,它们在吞噬大量气体云时会发出惊人的光芒。
“传统的吸积盘理论无法解释这种剧烈变化,”西北大学研究生 Nick Kaaz 在一份 声明中说。“但我们在模拟中看到的现象可能可以解释这一点。”
根据经典理论,吸积盘与黑洞同步旋转,并逐渐落入其事件视界之下,这是光线无法逃脱的点。这个过程需要很长时间,从几百甚至几十万年不等。
然而,模型黑洞的吞噬速度却闪电般快,在几个月内就清空了其盘面发光的部分,这大约是最短促类星体循环的时间。
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测试经典吸积盘理论

超级黑洞模拟的图像。(图片来源:Nick Kaaz/Northwestern University)
Nick Kaaz/Northwestern University
模拟的黑洞扭曲并拉扯着周围的空间结构,导致吸积盘发生摆动。随着吸积盘的扭曲,不同区域的气体发生碰撞并发出强大的光爆发。
最终,吸积盘的内层部分断裂,并开始以不同的模式摆动。这表明黑洞战胜了摩擦力,否则摩擦力会将吸积盘维持在一起。
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深入兔子洞

内盘(此处可见中心部分)有时会从外盘撕裂。(图片来源:Nick Kaaz/Northwestern University)
Nick Kaaz/Northwestern University
外层部分与内层部分碰撞,增加的质量帮助内层落入黑洞中心。然后外层流入空出的内层部分,循环再次开始。
“吸积盘发出大部分亮光的主要区域,可能会在几个月内完全消失,”Kaaz 说。“我们基本上看到它完全消失。系统停止发光。然后它再次变亮,这个过程会重复。”
如果科学家们能更好地理解吸积盘以及它们如何发光,他们就能更好地描述通过望远镜看到的类星体和其他发光黑洞。
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