研究者らは、ブラックホール周囲での物質降着のこれまでで最も詳細なシミュレーションを開発し、一般相対性理論全体と放射効果を組み込んだ。Institute for Advanced StudyとFlatiron InstituteのLizhong Zhang氏が主導し、研究は実際の天文観測と一致する。The Astrophysical Journalに掲載され、恒星質量ブラックホールに焦点を当て、強力なスーパーコンピュータを使用した。
計算天体物理学者らは、ブラックホール降着のモデリングで大きな進展を遂げた。この宇宙的物体が周囲の物質を引き込み激しい放射を放出するプロセスである。新研究はThe Astrophysical Journalに掲載され、簡略化仮定なしにブラックホールへの物質流入を計算する計算フレームワークを導入し、アインシュタインの一般相対性理論と放射支配条件を完全に考慮した。
Institute for Advanced StudyのSchool of Natural SciencesとFlatiron InstituteのCenter for Computational Astrophysicsの共同博士研究員Lizhong Zhang氏が主導し、研究は2023-24年のZhang氏のInstitute初年度に始まりFlatironで継続した。「ブラックホール降着の最も重要な物理過程を正確に含めた場合に何が起こるかを見ることができた初めての機会だ」とZhang氏は語った。「これらのシステムは極めて非線形――過度な簡略化仮定は結果を完全に変えてしまう。一番ワクワクするのは、我々のシミュレーションが、超光度X線源からX線連星まで、空で見られるブラックホールシステム全体で驚くほど一貫した振る舞いを再現していることだ。」
モデルは太陽質量の約10倍の恒星質量ブラックホールを対象とする。超大質量ブラックホールとは異なり、これらの小型物体は分から数時間で急速に進化し、放射光のスペクトル分析でリアルタイム観測が可能だ。シミュレーションは、物質が内側に螺旋状に流入して乱流で輝く円盤を形成し、外向きの風や時折のジェットを描く。
これを実現するため、チームはOak Ridge National LaboratoryのFrontierとArgonne National LaboratoryのAuroraというエクサスケール・スーパーコンピュータを利用した。主要貢献として、FlatironとPrinceton UniversityのChristopher White氏が開発した放射輸送アルゴリズムと、元Institute現Los Alamos National LaboratoryのPatrick Mullen氏によるAthenaKコードへの統合がある。
共著者のInstitute教授James Stone氏はプロジェクトの要求性を強調した：「このプロジェクトの独自性は、一方でこれらの複雑なシステムをモデル化できる応用数学とソフトウェアを開発するのにかかった時間と労力、もう一方でこれらの計算を実行するための世界最大級スーパーコンピュータでの大規模割り当てにある。今の課題は、そこから出てくるすべての科学を理解することだ。」
シリーズの最初の論文として、多様なブラックホール種へのフレームワーク適用への道を開き、銀河形成に影響する超大質量ブラックホールを照らす可能性がある。シミュレートされたスペクトルは天文データと密接に一致し、これらの謎めいた物体の解釈を強化する。