Erleben Sie in der ersten Simulation dieser Art, wie ein Stern von einem supermassereichen Schwarzen Loch zerstört wird

Es ist bekannt, dass riesige Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien wie unserer Milchstraße gelegentlich nahegelegene Sterne fressen.

Dies führt zu einem dramatischen und komplexen Prozess, bei dem der Stern, der auf das supermassereiche Schwarze Loch zustürmt, zerkleinert und in Stücke gerissen wird. Das daraus resultierende Feuerwerk wird als Gezeitenstörung bezeichnet.

In einer neuen Studie, die heute veröffentlicht wurde Briefe aus der astrophysikalischen ZeitschriftWir haben die bisher detailliertesten Simulationen erstellt, wie sich dieser Prozess über einen Zeitraum von einem Jahr entwickelt.

Ein Schwarzes Loch zerreißt eine Sonne

Der amerikanische Astronom Jack G. Hills und der britische Astronom Martin Rees waren die ersten, die in den 1970er und 1980er Jahren Theorien über Gezeitenstörungsphänomene aufstellten. Rees‘ Theorie sagte voraus, dass die Hälfte der Trümmer des Sterns mit dem Schwarzen Loch verbunden bleiben und mit sich selbst kollidieren würden, um sich zu bilden ein Wirbel aus heißer, leuchtender Materie, der Akkretionsscheibe genannt wird. Die Scheibe wäre so heiß, dass sie reichlich Röntgenstrahlen aussenden würde.

Zu jedermanns Überraschung wurde jedoch festgestellt, dass die meisten der mehr als 100 bisher entdeckten Gezeitenstörungsphänomene hauptsächlich sichtbares Licht und keine Röntgenstrahlen aussenden. Die in den Trümmern beobachteten Temperaturen betragen nur 10.000 Grad Celsius. Es ist wie die Oberfläche eines mäßig heißen Sterns, nicht wie die erwarteten Millionen Grad heißen Gases um ein supermassereiches Schwarzes Loch.

Noch seltsamer ist die vermutete Größe der hellen Materie rund um das Schwarze Loch: Sie ist um ein Vielfaches größer als unser Sonnensystem und dehnt sich schnell mit einigen Prozent der Lichtgeschwindigkeit vom Schwarzen Loch weg aus.

Angesichts der Tatsache, dass ein Schwarzes Loch mit einer Masse von einer Million Sonnenmassen nur geringfügig größer als unsere Sonne ist, war die aus den Beobachtungen abgeleitete enorme Größe der Kugel aus heller Materie eine völlige Überraschung.

Astrophysiker haben die Hypothese aufgestellt, dass das Schwarze Loch während der Störung irgendwie von Materie erstickt worden sein muss, um die fehlende Röntgenemission zu erklären. Bisher konnte niemand nachweisen, wie dies tatsächlich geschah. Hier kommen unsere Simulationen ins Spiel.

Ein Schlürfen und ein Rülpsen

Schwarze Löcher sind unordentliche Esser, ähnlich wie ein Fünfjähriger, der eine Schüssel Spaghetti isst. Ein Stern ist zunächst ein kompakter Körper, der jedoch durch die extremen Gezeiten des Schwarzen Lochs zu einem langen, dünnen Faden gedehnt wird.

Während die Hälfte der nun zerkleinerten Materie des Sterns in das Schwarze Loch gesaugt wird, wird nur 1 % tatsächlich verschluckt. Der Rest wird schließlich vom Schwarzen Loch in einer Art kosmischen „Rülpsen“ weggetragen.

Es ist schwierig, Gezeitenstörungsereignisse mit einem Computer zu simulieren. Newtons Gravitationsgesetze funktionieren nicht in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs, daher müssen Sie alle seltsamen und wunderbaren Effekte von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie einbeziehen.

Aber Doktoranden müssen hart arbeiten. Unser jüngster Absolvent, David Liptai, entwickelte eine neue Simulationsmethode im Einstein-Stil, die es dem Team ermöglichte, mit der Projektion ahnungsloser Sterne in die allgemeine Richtung des nächsten Schwarzen Lochs zu experimentieren. Sie können es sogar selbst tun.

Die resultierenden Simulationen, die in den Videos hier zu sehen sind, sind die ersten, die Gezeitenstörungsereignisse zeigen, von einfachen Sauggeräuschen bis hin zu Rülpsen.

Sie verfolgen die Spaghettibildung des Sterns, bis die Trümmer auf das Schwarze Loch zurückfallen, dann kommt es zu einer Annäherung, die den Strom in eine Art zappelnden Gartenschlauch verwandelt. Die Simulation dauert mehr als ein Jahr nach dem ersten Sturz.

Es dauerte mehr als ein Jahr, bis es auf einem der leistungsstärksten Supercomputer Australiens zum Laufen kam. Die reduzierte Version sieht so aus:

Was haben wir entdeckt?

Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass das 1 % der Materie, das in das Schwarze Loch fällt, so viel Wärme erzeugt, dass es einen extrem starken, fast kugelförmigen Fluss antreibt. (Ein bisschen so wie damals, als du zu viel Curry gegessen hast, und aus dem gleichen Grund.)

Das Schwarze Loch kann einfach nicht so viel Materie verschlucken, sodass das, was es nicht verschlucken kann, den Zentralmotor erstickt und nach und nach weit weggeschleudert wird.

Wenn wir sie wie mit unseren Teleskopen beobachten, erklären die Simulationen viele Dinge. Es stellt sich heraus, dass frühere Forscher mit dem Ersticken Recht hatten. Es sieht so aus:

Die neuen Simulationen zeigen, warum Gezeitenstörungsereignisse tatsächlich wie ein Stern in der Größe eines Sonnensystems aussehen, der sich mit ein paar Prozent der Lichtgeschwindigkeit ausdehnt und von einem Schwarzen Loch im Inneren angetrieben wird. Tatsächlich könnte man es sogar eine „Schwarze-Loch-Sonne“ nennen.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.