黑洞的多频偏振辐射转移建模

本项目研究超大质量黑洞（SMBH）周围环境中的辐射转移过程，将开发数值代码，高精度计算辐射转移系数。研究结果将改进对事件视界望远镜偏振观测数据的解读，深化对黑洞及引力物理的认识。

职位描述 项目详情：随着事件视界望远镜（EHT）对超大质量黑洞（SMBH）开展干涉成像——2019年首次成像M87，随后于2022年成像人马座A*——如今我们已能在事件视界尺度上分辨超大质量黑洞。这为研究极端引力环境中的天体物理等离子体开辟了新窗口，也带来了检验强引力场理论的新方法。近期偏振观测揭示了事件视界周围的结构化磁场，为了解黑洞如何吸积物质、驱动并维持相对论喷流提供了线索。 要解读在多个观测频率下采集的偏振数据，需要针对超大质量黑洞周围湍流等离子体模拟，详细计算辐射转移过程。当前模型的一大障碍，是未能在辐射转移计算中恰当处理电子微观物理，尤其是发射、吸收、法拉第旋转和法拉第转换系数。若能针对任意电子分布函数，在所有能量范围内高精度计算这些系数，就能比现有方法更可靠地解读黑洞图像偏振数据，从而改变我们对黑洞和引力本质的认识。 学生将学习磁活性相对论等离子体中辐射过程的基础数学表述和物理描述，随后开发高度并行化数值代码，以机器精度计算辐射转移系数，将系数制成表格，并在适当情况下推导拟合公式。随后把结果输入先进的偏振辐射转移代码，计算准确的黑洞偏振图像，用于解读现有及未来的EHT超大质量黑洞观测。项目期间还将学习黑洞干涉成像相关实验技术、相对论等离子体微观物理建模，以及面向分布式和异构架构的代码开发。 期望具备的知识与技能：必备：物理学或天体物理学本科或硕士学历；扎实掌握等离子体物理、广义相对论和辐射转移；数学基础扎实，并有解析和数值方法的可证明经验；富有创造力且坚韧。优先：了解天文学和干涉成像；有在共享内存和分布式内存架构上运行计算代码（OpenMP和MPI）及GPU编程经验。

入学要求：须拥有相关学科的英国高等二等荣誉学士学位；或拥有英国大学颁发的二等学士学位及硕士学位；亦可持有同等海外学历。

申请方式：STFC资助的博士生名额将于2027年10月1日开始，申请开放至2027年1月22日。申请详情请参阅“博士项目与申请流程｜数学与物理科学学院”网站。