康涅狄格大学物理学助理教授 Daniel Anglés-Alcázar 是今天发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文的主要作者，通过使用新的高功率模拟解决了围绕宇宙这些巨大而神秘的特征的一些问题。

Anglés-Alcázar 说：“超大质量黑洞在星系演化中起着关键作用，我们正试图了解它们是如何在星系中心生长的。” “这非常重要，不仅因为黑洞本身就是非常有趣的物体，作为引力波和各种有趣东西的来源，而且因为如果我们想了解中心黑洞在做什么，我们需要了解星系在进化。”

Anglés-Alcázar 也是 Flatiron 研究所计算天体物理学中心的副研究科学家，他表示，回答这些问题的一个挑战是创建足够强大的模型，以解释影响该过程的众多力量和因素。以前的工作要么着眼于非常大的尺度，要么着眼于最小的尺度，“但研究同时连接的全范围尺度一直是一个挑战。”

Anglés-Alcázar 说，星系的形成始于暗物质晕，它主导着该地区的质量和引力势，并开始从周围吸收气体。恒星由致密的气体形成，但其中一些必须到达星系中心才能为黑洞提供能量。所有这些气体是如何到达那里的?Anglés-Alcázar 说，对于一些黑洞来说，这涉及大量的气体，相当于太阳质量的 10 倍，甚至在一年内吞下更多。

“当超大质量黑洞增长得非常快时，我们将它们称为类星体，”他说。“它们的质量可以达到太阳质量的 10 亿倍，并且可以超越银河系中的其他一切。类星体的外观取决于它们每单位时间添加多少气体。我们如何设法减少这么多气体到银河系的中心，距离足够近，以至于黑洞可以抓住它并从那里生长?”

新的模拟提供了对类星体性质的关键见解，表明来自恒星的强大引力可以扭曲和破坏跨尺度的气体，并驱动足够的气体流入，在星系活动高峰时期为发光的类星体提供动力。

在可视化这一系列事件时，很容易看出建模它们的复杂性，Anglés-Alcázar 说有必要考虑影响黑洞演化的无数组件。

“我们的模拟包含了许多关键的物理过程，例如，气体的流体动力学及其在压力、重力和大质量恒星反馈的影响下如何演化。超新星等强大事件向周围注入了大量能量介质，这会影响星系的演化方式，因此我们需要结合所有这些细节和物理过程来捕捉准确的图片。”

Anglés-Alcázar 基于 FIRE(“现实环境中的反馈”)项目之前的工作，解释了论文中概述的新技术，该技术大大提高了模型分辨率，并允许在气体流过星系时跟踪气体超过 1000比以前更好的分辨率，

“其他模型可以告诉你很多关于黑洞附近发生的事情的细节，但它们不包含关于银河系其他部分正在做什么的信息，甚至更少，银河系周围的环境正在做什么。事实证明，同时连接所有这些过程非常重要，这就是这项新研究的用武之地。”

Anglés-Alcázar 说，计算能力同样强大，数百个中央处理器 (CPU) 并行运行，这可能很容易占用数百万个 CPU 小时的时间。

“这是我们第一次能够创建一个模拟，它可以在单个模型中捕获所有尺度范围，并且我们可以在其中观察气体如何从非常大的尺度一直流到模型的中心。我们正在关注的巨大星系。”

Anglés-Alcázar 说，对于未来对星系和大质量黑洞的大量统计种群的研究，我们需要了解尽可能多的不同条件的全貌和主要物理机制。

“这是我们绝对感到兴奋的事情。这只是探索所有这些不同过程的开始，这些过程解释了黑洞如何在不同的制度下形成和增长。”