Endlich verstehen wir, wie Schwarze Löcher mächtige Flares auslösen!

Schwarze Löcher sind zwar immer schwarz, aber gelegentlich senden sie auch intensive Lichterscheinungen von außerhalb ihres Ereignishorizonts aus. Bisher war es für die Wissenschaft ein Rätsel, was genau diese Ausbrüche verursacht. Dieses Rätsel wurde vor kurzem von einem Forscherteam gelöst, das mit Hilfe von Supercomputern die Magnetfelder von Schwarzen Löchern weitaus detaillierter modelliert hat als alle bisherigen Bemühungen. Die Simulationen deuten darauf hin, dass die superstarken Magnetfelder gebrochen und wieder aufgebaut werden, was die Ursache für die superhellen Fackeln ist.

Wissenschaftler/innen wissen schon seit einiger Zeit, dass Schwarze Löcher von starken Magnetfeldern umgeben sind. Normalerweise sind diese nur ein Teil eines komplexen Tanzes von Kräften, Material und anderen Phänomenen, die um ein Schwarzes Loch herum existieren. Dieser komplexe Tanz ist selbst mit fortschrittlichen Supercomputern nur schwer zu modellieren, sodass sich der Versuch, die Vorgänge um ein Schwarzes Loch im Detail zu verstehen, als äußerst schwierig erwiesen hat.

Stärkere Computer können schwierige Computerprobleme bewältigen, und dank des Mooreschen Gesetzes hat die Menschheit jetzt genau das. Dr. Bart Ripperda, Mitautor der Studie und Postdoktorand am Flatiron Institute und an der Princeton University, und seine Kollegen nutzten drei verschiedene Supercomputer-Cluster, um das detaillierteste Bild der physikalischen Vorgänge außerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs zu erstellen.

Es überrascht nicht, dass die Magnetfelder dabei eine wichtige Rolle spielen. Aber noch wichtiger ist, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Flares spielten. Fackeln entstehen, wenn Magnetfelder auseinander brechen und sich wieder zusammenfügen. Die dabei freigesetzte magnetische Energie lädt die Photonen im umgebenden Medium auf, und einige dieser Photonen werden direkt in den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs geschleudert, während andere in Form von Flares ins All hinausgeschleudert werden.

Die Simulationen zeigten, wie das Aufbrechen und Herstellen von Magnetfeldverbindungen, die bei den bisher verfügbaren Auflösungen nicht sichtbar waren. Das Bild von Dr. Ripperda und seinen Kollegen hatte die 1000-fache Auflösung aller bisher verfügbaren Simulationen von Schwarzen Löchern. Die genauesten Simulationen der Welt können ein fehlerhaftes Modell nicht ausgleichen, daher ignorierten frühere Simulationen grundlegende Merkmale der Wechselwirkungen von Schwarzen Löchern.

Mit der hohen Auflösung kam ein besseres Verständnis. Die neuen Simulationen haben genau modelliert, wie der Magnetfeldprozess um den Ereignishorizont funktioniert. Zunächst wandert das in der Akkretionsscheibe angesammelte Material in Richtung der „Pole“ des Schwarzen Lochs. Solch ein wanderndes geladenes Material beeinflusst natürlich die Magnetfeldlinien, die versuchen, sich mit ihm zu bewegen. Ein Teil dieser Bewegung führt dazu, dass einige der Magnetfeldlinien unterbrochen werden und sich möglicherweise mit einer anderen Feldlinie wieder verbinden. In manchen Fällen bildet sich eine Materialtasche, die von anderen äußeren Kräften isoliert ist, aber schließlich in Richtung des Schwarzen Lochs selbst oder des restlichen Universums hinausgeschossen wird. Das ist der Ursprung der Flares.

All diese Prozesse sind schwer zu simulieren, selbst auf einem Cluster von Supercomputern. Die meisten Simulationen werden jedoch so erstellt, dass sie am besten zu den vorhandenen Daten passen. Das Sammeln von Daten, um diese Simulationen zu testen, liegt noch in weiter Ferne. Aber du kannst sicher sein, dass jemand irgendwo bereits daran arbeitet.

Credit – B. Ripperda et al., Astrophysical Journal Letters