Supermassereiche Schwarze Löcher gehören zu den extremsten Phänomenen, die Menschen im Weltraum entdeckt haben. Mit Hunderttausenden, sogar Millionen bis Milliarden Malen der Masse unserer Sonne treiben sie beispiellose Lichtphänomene an, die Quasare genannt werden.
Forscher der Northwestern University nutzten den Summit-Supercomputer, um eine „dreidimensionale allgemeine relativistische Magnetohydrodynamik“-Simulation einer geneigten dünnen Akkretionsscheibe durchzuführen, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umkreist. Dank der leistungsstarken Hochleistungsrechnersysteme des Oak Ridge National Laboratory können Wissenschaftler realistischere Schwarze Löcher als je zuvor simulieren und dabei neue Phänomene entdecken.
Die Forscher stellten fest, dass konventionelle Theorien über supermassereiche Schwarze Löcher davon ausgehen, dass es sich um himmlische Gebilde handelt, die über Hunderte oder sogar Hunderttausende von Jahren nach und nach Gas und Staub verschlingen. Neuen Simulationen zufolge scheint dieser Erschöpfungsprozess jedoch in nur wenigen Monaten einzutreten, was mit der Zeit zusammenfällt, die für den Start aktiver Quasare erforderlich ist.
Von Wissenschaftlern der Northwestern University erstellte dreidimensionale Simulationen veranschaulichen, dass ein rotierendes Schwarzes Loch den umgebenden Raumzeitbereich verzerrt. Dieses Phänomen zerreißt schließlich den Wirbel aus Gas und Staub, der das Schwarze Loch umgibt und als Akkretionsscheibe bekannt ist. Das Endergebnis dieses Raum-Zeit-Verzerrungsprozesses ist die Aufspaltung der Akkretionsscheibe in zwei Unterscheiben, eine innere und eine äußere, was anschließend das in der neuen Studie beschriebene ultraschnelle Vorschubverhalten fördert.
Forscher sagen, dass eine Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs zunächst den inneren Ring verschlingt. Anschließend ergossen sich Fragmente der äußeren Scheibe nach innen und füllten die Lücke, die durch das Verschlingen des inneren Rings entstanden war, sodass sich der Verschlingungsvorgang wiederholen konnte. Wissenschaftler weisen darauf hin, dass dieser endlose Prozess des „Essens“ – „Essens“ – „Essens“ nur wenige Monate dauert. Diese Zeitskala ist im Vergleich zu früheren theoretischen Vorhersagen unglaublich schnell.
Diese neue Simulation kann das Verhalten einiger der hellsten im Universum beobachteten Objekte, wie zum Beispiel Quasare, aufdecken. Diese quasi-stellaren Objekte können so hell sein wie alle Sterne in ihrer Heimatgalaxie zusammen, verschwinden aber nach einigen Monaten „ohne Erklärung“. Nick Kaaz, der die Studie an der Northwestern University leitete, wies darauf hin, dass die klassische Akkretionsscheibentheorie vorhersagt, dass sich die Scheibe um das Schwarze Loch sehr langsam entwickeln wird.
Katz erklärte jedoch, dass einige Quasare über Monate oder Jahre hinweg dramatischere Helligkeitsänderungen erfahren. Die bei Quasaren beobachteten schnellen Helligkeitsschwankungen stehen im Einklang mit der Beobachtung mehrschichtiger Scheiben und ihrer komplexen physikalischen Wechselwirkungen durch neue Simulationen von Schwarzen Löchern.