Supermassive Schwarze Löcher sind Giganten, die Millionen bis Milliarden Mal schwerer sind als unsere Sonne und die in den Zentren der meisten Galaxien in unserem Universum lauern, einschließlich unserer eigenen. Milchstraße – und sie sind vor allem für die leuchtenden Gasscheiben bekannt, die um sie herum wirbeln. Diese Scheiben sind die Überreste unglücklicher Sterne, die einst von Schwarzen Löchern zerfetzt und eingefangen wurden, die sich selbst von diesen Scheiben ernähren. Dennoch wissen Wissenschaftler immer noch nicht genau, wie sich Schwarze Löcher ernähren.
Astrophysiker fragen sich beispielsweise seit Jahrzehnten, warum Materie von der Erde mitgerissen wird schwarzes Loch Die Leere stürzt nicht sofort in ihren Abgrund. Stattdessen kommt alles zusammen, um eine heiße, sich schnell drehende Scheibe zu bilden und aufrechtzuerhalten, die sich dann spiralförmig auf das Schwarze Loch zubewegt. Dabei strahlt die Scheibe brillant und wandelt dabei Gravitationsenergie in Wärme um. Die Scheibe ist die Hauptlichtquelle eines Schwarzen Lochs und bleibt schwebend, solange sich in der Nähe Materie befindet, die das Vakuum ansaugen kann.
Eine neue Computersimulation legt nahe, dass diese längere Existenz von Akkretionsscheiben darauf zurückzuführen sein könnte, dass jede Scheibe fast vollständig von den Magnetfeldern ihres jeweiligen Schwarzen Lochs gesteuert wird. Es ist möglich, dass diese Felder das Gas in Scheibenform lenken. Wissenschaftler sagen, dass die Simulation zum ersten Mal ZeitWer den Weg des Neugases vom frühen Universum bis zu dem Punkt verfolgt hat, an dem es in der Akkretionsscheibe eines supermassiven Schwarzen Lochs landet, kann ihnen dabei helfen, ihre Vorhersagen über verschiedene Aspekte von Akkretionsscheiben zu verfeinern, insbesondere über ihre Massen, ihre Dicke und die Fallgeschwindigkeiten des Materials.
„Unsere Theorien sagten uns, dass die Scheiben flach wie Pfannkuchen sein sollten“, sagte Phil Hopkins, ein theoretischer Astrophysiker am California Institute of Technology, in einer Erklärung. Stellungnahme„Aber wir wussten, dass das nicht stimmte, denn astronomische Beobachtungen zeigten, dass die Scheiben tatsächlich weich sind, eher wie Engelskuchen. Unsere Simulation hat uns geholfen zu verstehen, dass Magnetfelder das Scheibenmaterial unterstützen und es weicher machen. »
Verwandt: Seltsame Physik an den Rändern von Schwarzen Löchern könnte zur Lösung des „Hubble-Problems“ beitragen
Hopkins und sein Team haben das, was sie als „Super-Vergrößerung“ bezeichnen, in einer virtuellen Umgebung durchgeführt. ein supermassereiches Schwarzes LochUm die Dynamik des Schwarzen Lochs virtuell nachzubilden, erfassten die Forscher Informationen zur Physik verschiedener kosmischer Phänomene auf der Skala von Galaxien. Zu diesen Informationen gehörten maßgebende Gleichungen Schwere, schwarze Materie Und dunkle Energie – Letztere sind schwer fassbare Substanzen, die den Großteil des Inhalts des Universums ausmachen – sowie Sterne und Galaxien. Die Erstellung einer solchen Simulation war nicht nur eine rechnerische Herausforderung, sondern erforderte auch Code, der die gesamte komplexe Physik einfach bewältigen konnte, sagen die Forscher.
Der Höhepunkt zweier großer Kooperationen am Caltech namens FIRE, die sich auf groß angelegte Strukturen konzentrieren das Universumund STARFORGE, das kleine Strukturen untersucht, ermöglichten es dem Team, eine Simulation zu erstellen, deren Auflösung tausendmal besser ist als die des Vorgängers, heißt es in der Pressemitteilung der Universität. „Wir haben es sehr modular aufgebaut, sodass man jedes gewünschte Element der Physik für ein bestimmtes Problem ein- und ausschalten konnte, aber sie waren alle miteinander kompatibel“, sagte Hopkins.
Mit diesem Code simulierten Forscher ein Schwarzes Loch, das zehn Millionen Mal schwerer als unsere Sonne ist, beginnend im frühen Universum. Die Simulation fliegt dann über ein komplexes Gewirr verschmelzender Galaxien, bevor sie auf ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch zoomt Quasarumgeben von einer Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch mit Gas in einer Geschwindigkeit versorgt, die mit der der hellsten in unserem Universum bekannten Quasare vergleichbar ist.
In Verbindung stehende Artikel:
— Verbotene Schwarze Löcher und alte Sterne verstecken sich in diesen „winzigen roten Punkten“ (Bild)
— Winde von supermassiven Schwarzen Löchern, die mit einer Geschwindigkeit von 56 Millionen Kilometern pro Stunde wehen, können ganze Galaxien formen
— Das Fehlen von Schwarzen Löchern in der Milchstraße ist eine schlechte Nachricht für diese Theorie der Dunklen Materie
Es ist zu beobachten, dass Magnetfelder der Scheibe Impulse entziehen, wodurch sich das Material nach innen drehen kann, bis es an der Scheibe ankommt Ereignishorizont oder die „Oberfläche“ des Schwarzen Lochs, von der es nicht entkommen kann.
„In unserer Simulation sehen wir, wie sich diese Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch bildet“, sagte Hopkins in der Pressemitteilung. „Wir wären sehr aufgeregt gewesen, wenn wir diese Akkretionsscheibe gerade gesehen hätten, aber was sehr überraschend ist, ist, dass die simulierte Scheibe nicht so aussieht, wie wir es uns seit Jahrzehnten vorgestellt haben.“ »
Die Ergebnisse sind in a beschrieben Papier veröffentlicht im März im Open Journal of Astrophysics.