由法兰克福大学的理论天文物理学家团队开发出一种高数学精度的数值程序，能够准确描述黑洞如何将自身的旋转能量转化为如此高速的喷流，帮助我们解开超大质量黑洞的相对论性喷流谜团。
M87的百年谜团早在2019年事件视界望远镜（EHT）合作团队发布首张黑洞形象的一个世纪前，天文学家就已经发现了从该星系中心伸出的通用喷流。如今我们知道，那正是黑洞M87的喷流。而这样的喷流并非M87独有，其他黑洞也会产生类似现象。
在近两个世纪里，天文学家都未能确定室女座中由梅西耶于1781年记录下的第87号星云实际上是一个庞大的星系。因此，当1918年发现该星云中心射出奇怪喷流时，也无从解释其成因。如今我们知道，在巨大的星系M87中心，存在一个质量高达65亿个太阳质量的黑洞M87*，并且以极高的速度自转。这个黑洞利用自身旋转的能量，推动几乎以光速喷出的粒子流，长度横跨惊人的5,000光年。这类喷流在其他旋转黑洞中也普遍存在，能将能量与物质传播于宇宙之中，影响整个星系的演化。一般认为，相对论性喷流的直接成因是中心黑洞吸积盘表面的磁场沿着自转轴的方向扭曲并向外发射，但由于形成这类高速喷流需要庞大的能量，目前对其形成机制仍尚有争论与许多不确定之处。
超级计算机发现全新机制由Luciano Rezzolla教授领导的歌德大学天文物理团队开发出一款名为FPIC（Frankfurt Particle-in-Cell code for black hole spacetimes）的数值模拟程序，能够高精度描述黑洞将旋转能量转化为粒子喷流的过程。团队的研究结果显示，除了以往公认的布兰德福-日纳杰过程（Blandford-Znajek process）外，还有另一种机制磁重联参与其中。在这个过程中，磁力线会断裂并重新连接，使磁能转化为热能、辐射以及高能电浆喷发。
FPIC模拟了大量带电粒子与极端电磁场在黑洞强重力作用下的演化，这些过程至关重要，能帮助我们理解在黑洞附近弯曲的时空中相对论性电浆的复杂动态，这些动态受制于极端的引力与磁场相互作用。这项研究需要极高运算量的超级计算机模拟，耗费数百万个CPU小时。这庞大的运算能力用于求解马克士威方程组以及在广义相对论框架下电子与正电子的运动方程。
在黑洞赤道平面上的计算显示，发生了剧烈的磁重联现象，导致形成一串电浆粒团以近光速运动。研究人员指出，这一过程同时伴随着产生负能量粒子，这些粒子可用来驱动极端的现象，例如黑洞喷流与电浆爆发。
在黑洞赤道平面上的电流层（current sheet）沿线形成一串等电浆粒团（plasmoids）链，其中左侧区域的粒子密度较高。在此处发生磁重联（magnetic reconnection），使粒子被加速至极高能量（右图）。部分粒子沿着黑洞的自转轴方向达到相对论速度，最终形成由Blandford–Znajek机制所驱动的喷流。（Source：IOP）
Rezzolla教授补充：“我们的研究证明了如何有效地从旋转黑洞中提取能量，并形成喷流。这有助于解释活动星系核的极端亮度，以及粒子如何被加速至接近光速。同时，更令人欣慰的是，我们不仅能模拟结果，还能以严谨的数学方式解释这些复杂现象，这正是我们研究的最大收获。”
（首图为示意图，来源：NASA）
