在计算天体物理学领域，一项突破性成果引发广泛关注。一个国际研究团队借助全球顶尖超级计算机，成功构建出迄今最全面的发光黑洞吸积模型，为探索宇宙中神秘的黑洞现象提供了全新视角。
该研究由高等研究院与弗拉铁尔研究所计算天体物理中心的研究人员主导。团队运用橡树岭国家实验室的“前沿”（Frontier）和阿贡国家实验室的“极光”（Aurora）这两台每秒能进行百亿亿次运算的超级计算机，对物质流入黑洞的过程展开精密计算。这两台超级计算机作为全球计算能力的巅峰代表，为复杂的天体物理模拟提供了强大算力支撑。
论文第一作者张立中（音译）在《天体物理学杂志》发表的论文中介绍，此次模拟实现了前所未有的精确度。他表示：“这是我们首次能精准呈现包含黑洞吸积关键物理过程时的真实景象。这些系统具有极强的非线性特征，任何过度简化的假设都可能使结果大相径庭。”令人振奋的是，新模型成功重现了天空中观测到的黑洞系统间高度一致的行为模式，涵盖从超亮X射线源到X射线双星系统等多种类型。“从某种意义上说，我们借助计算机实现了对黑洞系统的‘观测’。”张立中补充道。
黑洞吸积是黑洞通过捕获周围物质增加质量的过程。当物质被吸入黑洞时，会形成旋转的过热盘状结构——吸积盘。2019年，事件视界望远镜团队首次成功捕捉到这一经典景象。然而，黑洞的尺寸差异巨大，从质量约为太阳10倍的恒星质量黑洞，到质量至少是太阳1000亿倍的超大质量黑洞（如迄今观测到的凤凰座A星黑洞），不同规模的黑洞在模拟过程中面临不同挑战。
以往模拟黑洞吸积时，由于辐射流问题的复杂性，模型多采用简化方法处理。张立中解释：“传统方法将辐射近似为某种流体，但这无法真实反映其特性。”为突破这一局限，研究团队基于数十年研究积累，开发出全新算法。该算法无需近似处理，能够通过广义相对论中辐射的真实特性提供解决方案，成为目前唯一具备此能力的算法。
此次研究特别聚焦于恒星质量黑洞。这类黑洞质量约为太阳的10倍，虽相对较小，但变化迅速，在人类时间尺度（数小时甚至数分钟）内就会发生显著演变，因此成为绘制黑洞演化图的理想对象。科学家发现，当物质螺旋式落入恒星质量黑洞时，会形成湍流强烈、辐射剧烈的吸积盘。这种结构不仅会产生强大星风，还可能形成剧烈喷流。研究团队通过模型验证，其结果与这类黑洞有限观测数据获得的光谱高度吻合。
论文合著者、高等研究院自然科学学院教授詹姆斯·斯通指出，该项目的成功得益于两方面突破：一是开发了能够模拟复杂系统的应用数学与软件，二是获得了全球最大超级计算机的算力支持。“现在，我们的任务是深入理解这些计算结果背后的科学意义。”斯通说。
