像大多數星系一樣，銀河系在其中心擁有一個超大質量的黑洞。這個被稱為人馬座A*（英文：Sagittarius A*，縮寫：Sgr A*）的天體，數十年來已經吸引了天文學家的興趣。現在，加州大學的科學家們正在努力直接對其進行成像與洞察銀河系中心黑洞的行為。
拍攝一張這樣的好照片與洞察銀河系中心黑洞的行為將需要對它周圍正在發生的事情有一個更好的了解，由於所涉及的尺度很大，很具有挑戰性。研究人員說：「這是我們必須克服的最大問題。」
在這項研究中，研究人員試圖確定黑洞的磁場是否由下落的物質產生。要回答這個問題，就需要對整個系統進行仿真，直到最接近的軌道恆星。
所涉及到的系統跨越七個數量級。黑洞的事件視界或無回波的包絡到達距其中心約650萬至1300萬公裡。同時，這些恆星繞著30多萬億公裡的距離運轉，或與太陽最近的鄰近恆星保持距離。
研究人員說：「因此，您必須跟蹤從大範圍然後下降到小範圍的問題。」 「而且在單個仿真中做到這一點極具挑戰性，以至於不可能。」最小的事件以秒為單位進行，而最大的現象則持續了數千年。
發表在最近《天體物理學雜誌》的該研究論文創建了新的模型，將主要基於理論的小規模模擬與可能受實際觀察結果約束的大規模模擬聯繫起來。為此，研究人員以三個重疊的比例在模型之間劃分了任務。
第一個模擬依賴於人馬座A*周圍恆星的數據。幸運的是，黑洞的活動僅由30顆左右的Wolf-Rayet恆星控制，這些恆星吹掉了大量物質。研究人員說：「僅一顆恆星造成的質量損失就大於同時落入黑洞的物質總量。」在過渡到更穩定的生命階段之前，恆星在這個動態階段花費大約10萬年。
利用觀測數據，研究人員對這些恆星的軌道進行了大約一千年的模擬。然後，將結果用作模擬中程距離的起點，該距離在較短的時間範圍內演變。重複這一過程，直到事件視界的最邊緣都進行了模擬，活動在幾秒鐘內完成。這種方法不是將硬重疊拼接在一起，而是將三個模擬的結果彼此淡化。
研究人員說：「這些實際上是人馬座A*中最小尺度的增生模型，其中考慮到了來自繞行恆星的物質供應的現實。」這項技術出色地發揮了作用，「這超出了我們的期望。」
結果表明，人馬座A*會被磁化。銀河系擁有相對安靜的銀河系中心，這令團隊感到意外。通常，被磁阻的黑洞具有高能量射流，以相對論的速度將粒子帶走。但是到目前為止，科學家們還很少發現人馬座A*周圍有噴射氣流的證據。
研究人員說：「有助於產生射流的另一種成分是快速旋轉的黑洞，所以這可能告訴我們有關人馬座A*旋轉的一些信息。」但是，黑洞旋轉很難確定。研究人員將人馬座A*建模為固定對象，：「我們對這次旋轉一無所知。」 「有可能實際上並沒有在旋轉。」
研究人員下一步計劃對旋轉的後孔建模，這更具挑戰性。它立即引入了許多新變量，包括旋轉速度，相對於吸積盤的方向和傾斜度。他們將使用歐洲南方天文臺的重力幹涉儀提供的數據來指導這些決策。
該研究結果是對銀河系中心活動的認知的一大進步，這是人馬座A*首次在3D模擬中在如此大的半徑範圍內建模。」
參考：「Ab Initio Horizon-scale Simulations of Magnetically Arrested Accretion in Sagittarius A* Fed by Stellar Winds」. Astrophysical Journal Letters. 2020