Neues Verständnis mysteriöser Schwarzlochjets

Neues Verständnis mysteriöser Schwarzlochjets

Dank der ersten Simulationen, die an einem Supercomputer durchgeführt wurden, haben die Wissenschaftler ein neues Verständnis für eines der mysteriösesten Phänomene erlangt - das Verhalten von relativistischen Jets, die von Schwarzen Löchern stammen.

Fortgeschrittene Simulationen zeigen, dass Jetstreams die Himmelsrichtung allmählich ändern, wodurch Raum-Zeit in die Rotation eines Schwarzen Lochs hineingezogen wird. Dieses Verhalten stimmt mit Albert Einsteins Vorhersagen der extremen Schwerkraft in der Nähe rotierender Schwarzer Löcher überein.

Das Verstehen des Rotationsprozesses von Schwarzen Löchern und der Verzerrung der Raumzeit um sie herum ist immer noch ein nebulöses Rätsel. Aber der Supercomputer bringt uns der Antwort nach und nach näher.

Schnell rotierende Schwarze Löcher absorbieren nicht nur Materie, sondern setzen auch Energie in Form von relativistischen Strahlen frei. Die in das Loch eintretenden Gas - und Magnetfelder drehen sich und bilden scheibenförmige Magnetfeldlinien und heißes Gas. Das Schwarze Loch saugt diese astronomische Brühe auf und hinterlässt Magnetfeldlinien. Dies verwandelt ein Schwarzes Loch in eine Startrampe, aus der Energie in Form von relativistischen Jets in den Weltraum ausbricht.

Eine Simulation, die auf dem Supercomputer Blue Waters erstellt wurde. Es zeigt, dass relativistische Jets zusammen mit der Präzession einer geneigten Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch folgen. Dies ist eine Simulation der höchsten Auflösung eines Akkretions-Schwarzen Lochs.

Ausgelöste Jets sind viel einfacher zu studieren als Schwarze Löcher. Diese Studie ermöglicht es uns zu verstehen, wie schnell sich die Richtung des Strahls ändert, sowie die Richtwirkung und die Parameter der rotierenden Scheibe zu verstehen.

Frühe Modelle konzentrierten sich auf geebnete Scheiben. In Wirklichkeit befinden sie sich in einem Winkel (die Scheibe dreht sich um eine vom Schwarzen Loch getrennte Achse). Die Studie bestätigt, dass die Scheiben beim Kippen die Richtung in Bezug auf das Schwarze Loch ändern.

Bisher konnten die vorbereitenden Jets nicht gefunden werden, da die Erstellung eines 3D-Modells des Bereichs um ein schnell rotierendes Schwarzes Loch enorme Rechenleistung erfordert. Aus diesem Grund musste ich den ersten Code der Black-Hole-Simulation schreiben, der von Grafikprozessoren beschleunigt wurde. Infolgedessen konnten Wissenschaftler Simulationen auf einem der größten Supercomputer der Welt, Blue Waters, testen.

Die hohe Auflösung ermöglichte es erstmals zu überprüfen, dass in den Modellen kleine turbulente Bewegungen der Scheibe behoben waren. Überraschenderweise waren die Bewegungen so stark, dass die Scheibe gemästet und die Präzession gestoppt wurde.

Vergleich von Simulationen mit niedriger Auflösung (links) und hohem Blauem Wasser (rechts). Das zweite Modell zeigt, dass sich Präzession und Ausrichtung aufgrund der Ausdehnung der Scheibe aufgrund magnetischer Turbulenzen verlangsamen.

Die Ansammlung von Schwarzen Löchern ist ein unglaublich komplexes System, das einem Hurrikan ähnelt. Aber der Prozess geht so weit, dass wir es nicht in Betracht ziehen können. Simulationen ermöglichen daher ein viel klareres Verständnis des Verhaltens von Schwarzen Löchern.

Die Simulationsergebnisse werden die weitere Forschung in Bezug auf rotierende Schwarze Löcher beeinflussen. Es wird auch helfen, die Gravitationswellen zu verstehen, die durch den Aufprall von Neutronensternen und elektromagnetischen Feuerwerken erzeugt werden. Die Berechnungen werden sich auch auf die Interpretation der Beobachtung des Ereignishorizont-Teleskops auswirken, das den Schatten eines supermassiven Schwarzen Lochs im galaktischen Zentrum aufzeichnet.

Darüber hinaus konnte die Präzession der Jets die Oszillationen des intensiven Lichts erklären, die durch schwarze Löcher verursacht werden. Wir sprechen von quasi-periodischen Schwingungen. Zum ersten Mal wurden sie 1985 bemerkt.

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