Black Hole's Guts in Supercomputer-Simulation modelliert

Das Innenleben von Schwarzen Löchern ist dank einer Supercomputer-Simulation, die zeigte, wie Materie, die in schwarze Löcher fällt, Licht aussendet, etwas klarer.

Durch die Analyse einer Simulation eines schwarzen Lochs von der Größe eines Sterns sahen die Forscher, wie zwei Arten von Röntgenstrahlen durch das Material emittiert werden können, das in die dichtesten Objekte des bekannten Universums fällt.

"Unsere Arbeit zeichnet die komplexen Bewegungen, Teilcheninteraktionen und turbulenten Magnetfelder in Milliardengas an der Schwelle zu einem Schwarzen Loch nach, einer der extremsten physikalischen Umgebungen des Universums", erklärt Jeremy Schnittman, Astrophysiker am Goddard Space der NASA Flight Center in Greenbelt, Maryland, sagte in einer Erklärung.

Schwarze Sterne mit Sternenmassen entstehen, wenn massereichen Sternen der Treibstoff ausgeht und sie in extrem dichte Objekte mit starken Gravitationskräften zerfallen.

Gas, das ein schwarzes Loch umkreist, baut sich schließlich zu einer abgeflachten Scheibe auf, wenn es auf das Zentrum des Schwarzen Lochs fällt. Das Gas kann Temperaturen von bis zu 20 Millionen Grad Celsius erreichen - etwa 2.000 Mal heißer als die Sonnenoberfläche -, wenn es sich dem Zentrum nähert. Das heiße Gas glänzt in energieärmerem Licht, das als "weiche" Röntgenstrahlung bekannt ist.

"Schwarze Löcher sind wirklich exotisch, mit außergewöhnlich hohen Temperaturen, unglaublich schnellen Bewegungen und Gravitation, die die ganze Verrücktheit der allgemeinen Relativität zeigen", sagte Julian Krolik, Professor an der Johns Hopkins Universität, in einer Erklärung. "Aber unsere Berechnungen zeigen, dass wir viel über sie verstehen können, indem wir nur physikalische Standardprinzipien verwenden."

Wissenschaftler haben auch schwarze Löcher beobachtet, die Licht mit einer zehn- bis hundertmal größeren Energie erzeugen als weiche Röntgenstrahlen. Der Ursprung dieser "harten" Röntgenstrahlen war ein Rätsel, bevor das Forschungsteam den Prozess modellierte.

Schnittman und sein Team fanden heraus, dass die Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur des Gases durch Magnetfelder in der Scheibe erhöht werden und einen "turbulenten Schaum bilden, der das Schwarze Loch mit Lichtgeschwindigkeit umkreist", schrieben NASA-Beamte in einer Erklärung.

Die magnetischen Drücke auf der Scheibe erzeugen eine Korona darüber, die zur Erzeugung von harten Röntgenstrahlen führt.

Die Wissenschaftler nutzten 27 Tage Daten vom Ranger-Supercomputer an der Universität von Texas, Austin, um diese Ergebnisse zu produzieren. Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe des The Astrophysical Journal vom 1. Juni veröffentlicht.