⚫ Hier ist die bisher treueste Simulation eines Schwarzen Lochs

Schwarze Löcher, diese kosmischen Objekte, denen nicht einmal das Licht entkommen kann, bleiben per Definition für unsere Augen unsichtbar. Wie können wir dann ihr Verhalten verstehen? Ein Team von Astrophysikern hat einen Riesenschritt gemacht, indem es die bisher detailliertesten Simulationen von Materie erstellt hat, die in ein Schwarzes Loch fällt.

Die in The Astrophysical Journal veröffentlichte Studie nutzt Supercomputer der neuesten Generation, um die Akkretion mit vollständiger Physik zu modellieren, einschließlich allgemeiner Relativitätstheorie und Strahlung. So werden zum ersten Mal beobachtete Verhaltensweisen im Universum getreu reproduziert, was ein Fenster zu Phänomenen öffnet, die früher unerreichbar waren.


Dieser Erfolg erforderte Zugang zu Exascale-Maschinen wie Frontier und Aurora. Diese Computer, die ganze Säle einnehmen, können Quintillionen von Operationen pro Sekunde ausführen. Darüber hinaus entwickelten die Forscher innovative Algorithmen, die die Gleichungen direkt lösen, ohne auf vereinfachende Annäherungen zurückzugreifen, was einen bedeutenden technischen Fortschritt darstellt.

Während frühere Modelle Strahlung oft als Fluid behandelten, was ihrer Realität nicht entsprach, betrachtet der neue Ansatz sie so, wie sie ist. Diese Genauigkeit ist in der Nähe des Ereignishorizonts von Schwarzen Löchern grundlegend, wo die Raumzeit verzerrt ist und die Wechselwirkungen stark sind, was eine genauere Darstellung der physikalischen Prozesse ermöglicht.


Diese Simulationen konzentrieren sich auf stellare Schwarze Löcher, die etwa zehnmal massereicher sind als die Sonne. Sie zeigen die Bildung turbulenter Scheiben, starker Winde und Jets. Tatsächlich stimmen die Ergebnisse perfekt mit den spektralen Daten aus Beobachtungen überein und bieten so eine solide Validierung, um diese fernen Objekte mit mehr Vertrauen zu interpretieren.

Anschließend plant das Team, dieses Modell auf supermassereiche Schwarze Löcher auszuweiten, die die Entwicklung von Galaxien beeinflussen. Die Anpassung der Berechnungen an verschiedene Temperaturen und Dichten wird neue Perspektiven eröffnen.

Dieser Erfolg ist das Ergebnis jahrelanger Arbeit in angewandter Mathematik und Programmierung unter Beteiligung von Mitarbeitern mehrerer Institutionen. Ein Teammitglied weist darauf hin, dass der nächste Schritt darin besteht, die entstehenden wissenschaftlichen Entdeckungen voll auszuschöpfen, was unser Verständnis von Akkretionssystemen verändern könnte.

Akkretionsscheiben: Was Schwarze Löcher "leuchten" lässt

Akkretionsscheiben sind Strukturen aus Materie, die Schwarze Löcher umkreisen und entstehen, wenn Gas und Staub von ihrer intensiven Schwerkraft angezogen werden. Dieser Prozess erzeugt enorme Energiemengen in Form von Strahlung, wodurch Schwarze Löcher indirekt von der Erde aus sichtbar werden. Ohne diese Scheiben würden diese Objekte völlig schwarz und unentdeckt bleiben.

Die Bildung dieser Scheiben hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der Materie fällt, und von magnetischen Wechselwirkungen. In der Nähe des Schwarzen Lochs erzeugen die Gravitationskräfte Reibung, die die Materie auf extreme Temperaturen aufheizt und Röntgenstrahlen sowie andere Lichtformen aussendet. Dies ermöglicht es Astronomen, die Eigenschaften von Schwarzen Löchern, wie ihre Masse oder Rotation, mit speziellen Teleskopen zu untersuchen.

Das Verständnis von Akkretionsscheiben ist zentral, um zu erklären, wie Schwarze Löcher ihre Umgebung beeinflussen. Sie können Jets aus hochenergetischen Teilchen und Winde ausstoßen, die die Sternentstehung in der Nähe beeinflussen. Die aktuellen Simulationen helfen, diese Phänomene vorherzusagen und verbinden Beobachtungen mit der physikalischen Theorie für ein vollständigeres Bild des Universums.