Bildnachweis: JHU
Seit mehr als 30 Jahren glauben Astrophysiker, dass Schwarze Löcher nahegelegene Materie verschlucken und dadurch eine enorme Menge an Energie freisetzen können. Bis vor kurzem waren die Mechanismen, die Materie in die Nähe von Schwarzen Löchern bringen, jedoch nur unzureichend bekannt, so dass die Forscher über viele Details des Prozesses verwirrt waren.
Jetzt beantworten jedoch Computersimulationen von Schwarzen Löchern, die von Forschern entwickelt wurden, darunter zwei an der Johns Hopkins University, einige dieser Fragen und stellen viele gängige Annahmen über die Natur dieses rätselhaften Phänomens in Frage.
„Haben erst kürzlich Mitglieder des Forschungsteams? John Hawley und Jean-Pierre De Villiers, beide von der University of Virginia? hat ein Computerprogramm entwickelt, das leistungsfähig genug ist, um alle Elemente der Akkretion auf Schwarzen Löchern zu verfolgen, von Turbulenzen und Magnetfeldern bis hin zur relativistischen Schwerkraft “, sagte Julian Krolik, Professor am Henry A. Rowland Department für Physik und Astronomie bei Johns Hopkins und Co. -Leiter des Forschungsteams. „Diese Programme öffnen ein neues Fenster in der komplizierten Geschichte, wie Materie in Schwarze Löcher fällt, und enthüllen zum ersten Mal, wie sich verwickelte Magnetfelder und die Einsteinsche Schwerkraft verbinden, um einen letzten Energiestoß aus der Materie herauszuquetschen, die zu einer unendlichen Inhaftierung in Schwarz verurteilt ist Loch."
In der Nähe des äußeren Randes des Schwarzen Lochs, wo die Newtonsche Beschreibung der Schwerkraft zusammenbricht, sind gewöhnliche Umlaufbahnen nicht mehr möglich. An diesem Punkt ? oder so wurde es in den letzten drei Jahrzehnten vorgestellt? Materie taucht schnell, reibungslos und leise in das Schwarze Loch ein. Am Ende, nach dem vorherrschenden Bild, das Schwarze Loch? außer um seine Anziehungskraft auszuüben? ist ein passiver Empfänger von Massenspenden.
Die ersten realistischen Berechnungen des Teams, wonach Materie in Schwarze Löcher fällt, haben vielen dieser Erwartungen stark widersprochen. Sie zeigen zum Beispiel, dass das Leben in der Nähe eines Schwarzen Lochs alles andere als ruhig und still ist. Stattdessen verstärken die relativistischen Effekte, die die Materie zwingen, nach innen zu stürzen, zufällige Bewegungen innerhalb der Flüssigkeit, um heftige Störungen in Dichte, Geschwindigkeit und Magnetfeldstärke zu erzeugen, die Wellen der Materie und des Magnetfelds hin und her treiben. Diese Gewalt kann laut Hawley, Co-Leiter des Forschungsteams, beobachtbare Folgen haben.
„Wie jede Flüssigkeit, die in Turbulenzen gerührt wurde, wird Materie unmittelbar außerhalb des Randes des Schwarzen Lochs erhitzt. Diese zusätzliche Wärme erzeugt zusätzliches Licht, das Astronomen auf der Erde sehen können “, sagte Hawley. „Eines der Kennzeichen von Schwarzen Löchern ist, dass ihre Lichtleistung variiert.
Obwohl dies seit mehr als 30 Jahren bekannt ist, war es bisher nicht möglich, die Ursprünge dieser Variationen zu untersuchen. Die heftigen Schwankungen in der Erwärmung? jetzt als natürliches Nebenprodukt magnetischer Kräfte in der Nähe des Schwarzen Lochs gesehen? bieten eine natürliche Erklärung für die sich ständig ändernde Helligkeit der Schwarzen Löcher. "
Eine der auffälligsten Eigenschaften eines Schwarzen Lochs ist seine Fähigkeit, Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auszustoßen. Während seit langem erwartet wird, dass Magnetfelder für diesen Prozess entscheidend sind, zeigen die neuesten Simulationen zum ersten Mal, wie ein Feld aus dem Akkretionsgas ausgestoßen werden kann, um einen solchen Strahl zu erzeugen.
Das vielleicht überraschendste Ergebnis der neuen Computersimulationen des Teams ist, dass die Magnetfelder, die in die Nähe eines rotierenden Schwarzen Lochs gebracht werden, auch den Spin des Lochs mit der Materie koppeln, die weiter nach außen umkreist, so wie das Getriebe eines Autos seinen rotierenden Motor mit der Achse verbindet. Krolik sagt: „Wenn ein Schwarzes Loch geboren wird, das sich extrem schnell dreht, kann sein‚ Antriebsstrang 'so stark sein, dass seine Rotation durch die Erfassung zusätzlicher Masse verlangsamt wird. Die Anhäufung von Masse würde dann als „Gouverneur“ fungieren und eine kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung für Spins von Schwarzen Löchern durchsetzen. “
Laut Krolik kann dieser „Gouverneur“ starke Auswirkungen auf viele der auffälligsten Eigenschaften von Schwarzen Löchern haben. Es wird beispielsweise allgemein angenommen, dass die Stärke des Strahls eines Schwarzen Lochs mit seinem Spin zusammenhängt, sodass eine „Spin-Geschwindigkeitsbegrenzung“ eine charakteristische Stärke für die Jets bestimmen könnte, sagte Krolik.
Diese von der National Science Foundation finanzierte Studie wird in einer Reihe von vier Artikeln im Astrophysical Journal veröffentlicht. ((De Villiers et al. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al. April 2005 ApJ im Druck.)) Die Simulationen wurden durchgeführt im von der NSF unterstützten San Diego Supercomputer Center. Zum Forschungsteam gehörte auch Shigenobu Hirose, ebenfalls von Johns Hopkins.
Originalquelle: JHU-Pressemitteilung
