在这个模拟中，观察一个超大质量黑洞捕获一个“蓬松”的圆盘

气体围绕黑洞旋转的模拟。颜色表示气体的密度，较亮的颜色表示较高的密度。（图片来源：uux.cn加州理工学院/菲尔·霍普金斯集团）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Sharmila Kuthunur）：超大质量黑洞是比太阳重数百万到数十亿倍的庞然大物，潜伏在我们宇宙中大多数星系的中心，包括我们自己的银河系——它们最为人所知的是围绕它们旋转的明亮的气体盘。这些圆盘是命运多舛的恒星的残骸，它们曾经被黑洞撕裂并困住，而黑洞实际上是以这些圆盘为食的。然而，科学家们仍然不确定黑洞究竟是如何盛宴的。

例如，几十年来，天体物理学家一直困惑于为什么被黑洞席卷的物质不会立即落入深渊。相反，它们聚集在一起形成并维持一个热的、快速旋转的圆盘，然后向黑洞盘旋。在这个过程中，圆盘在将引力能转化为热量的同时，发出明亮的辐射。圆盘是黑洞的主要光源，只要附近有物质可以吸收，圆盘就会盘旋。

一项新的计算机模拟表明，吸积盘的长期存在可能是由于每个吸积盘几乎完全受其各自黑洞的磁场控制。这些场有可能将气体引导成圆盘状。科学家们表示，这项模拟首次追踪了原始气体从早期宇宙到最终进入超大质量黑洞吸积盘的过程，可以帮助他们微调对吸积盘各个方面的预测，包括质量、厚度和物质下落速度。

加州理工学院的理论天体物理学家菲尔·霍普金斯在一份声明中说：“我们的理论告诉我们，圆盘应该像褶皱一样平坦。”。“但我们知道这是不对的，因为天文观测显示，这些圆盘实际上是蓬松的，更像天使蛋糕。我们的模拟帮助我们理解了磁场支撑着圆盘材料，使其更蓬松。”

霍普金斯和他的团队对一个虚拟的超大质量黑洞进行了他们所说的“超级放大”。为了虚拟地复制黑洞的动力学，研究人员输入了星系尺度上各种宇宙现象的物理信息。其中包括控制引力、暗物质和暗能量的方程——后者是构成宇宙大部分内容的难以捉摸的物质——以及恒星和星系。研究人员表示，创建这样的模拟不仅是一个计算挑战，而且需要一个能够简单处理所有复杂物理的代码。

根据加州理工大学的声明，加州理工学院的两项大型合作的高潮，即专注于宇宙中大型结构的FIRE和研究小型结构的STARFORGE，使该团队能够创建一个分辨率比其前身高一千倍的模拟。霍普金斯说：“我们以一种非常模块化的方式构建了它，这样你就可以打开和关闭给定问题所需的任何物理部分，但它们都是交叉兼容的。”。

利用这个代码，研究人员模拟了一个比太阳重1000万倍的黑洞，它始于早期宇宙。然后，模拟飞行穿过一个复杂的星系团，然后放大到一个由吸积盘环绕的活跃的超大质量黑洞或类星体中，吸积盘向黑洞输送气体的速度与我们宇宙中已知的最亮的类星体相当。

可以看到磁场从圆盘中带走动量，使物质自由向内螺旋，直到到达事件视界或黑洞的“表面”，在那里它无法逃脱。

霍普金斯在声明中说：“在我们的模拟中，我们看到这个吸积盘在黑洞周围形成。”。“如果我们刚刚看到那个吸积盘，我们会非常兴奋，但非常令人惊讶的是，模拟的吸积盘看起来不像我们几十年来一直认为的那样。”

三月份发表在《天体物理学开放杂志》上的一篇论文描述了这一发现。