Afbeelding tegoed: JHU
Al meer dan 30 jaar geloven astrofysici dat zwarte gaten nabijgelegen materie kunnen inslikken en daardoor een enorme hoeveelheid energie kunnen afgeven. Tot voor kort waren de mechanismen die materie dicht bij zwarte gaten brengen echter slecht begrepen, waardoor onderzoekers verbaasd waren over veel details van het proces.
Nu beantwoorden computersimulaties van zwarte gaten, ontwikkeld door onderzoekers, waaronder twee van The Johns Hopkins University, enkele van die vragen en dagen ze veel gangbare veronderstellingen uit over de aard van dit enigmatische fenomeen.
'Hebben we pas recentelijk leden van het onderzoeksteam? John Hawley en Jean-Pierre De Villiers, beiden van de University of Virginia? creëerde een computerprogramma dat krachtig genoeg is om alle accretie-elementen op zwarte gaten te volgen, van turbulentie en magnetische velden tot relativistische zwaartekracht, "zei Julian Krolik, een professor aan de Henry A. Rowland-afdeling Fysica en Astronomie bij Johns Hopkins, en co -leider van het onderzoeksteam. "Deze programma's openen een nieuw venster op het gecompliceerde verhaal van hoe materie in zwarte gaten valt, en onthullen voor het eerst hoe verwarde magnetische velden en de Einsteiniaanse zwaartekracht samen een laatste uitbarsting van energie uit de gedoemde materie persen tot oneindige opsluiting in een zwarte gat."
Dicht bij de buitenrand van het zwarte gat, waar de Newtoniaanse beschrijving van de zwaartekracht afbreekt, zijn gewone banen niet meer mogelijk. Op dat punt ? of zo is het de afgelopen drie decennia voorgesteld? materie duikt snel, soepel en stil in het zwarte gat. Uiteindelijk, volgens de heersende foto, het zwarte gat? behalve het uitoefenen van zijn zwaartekracht? is een passieve ontvanger van massale donaties.
De eerste realistische berekeningen van het team van materie die in zwarte gaten valt, waren sterk in tegenspraak met veel van deze verwachtingen. Zo laten ze zien dat het leven in de buurt van een zwart gat allesbehalve rustig en stil is. In plaats daarvan vergroten de relativistische effecten die materie dwingen naar binnen te duiken willekeurige bewegingen in de vloeistof, waardoor gewelddadige verstoringen in dichtheid, snelheid en magnetische veldsterkte worden gecreëerd, waardoor golven van materie en magnetisch veld heen en weer worden gedreven. Dit geweld kan waarneembare gevolgen hebben, aldus co-leider Hawley van het onderzoeksteam.
“Net als elke vloeistof die tot turbulentie is geroerd, wordt materie direct buiten de rand van het zwarte gat verwarmd. Deze extra warmte zorgt voor extra licht dat astronomen op aarde kunnen zien, 'zei Hawley. “Een van de kenmerken van zwarte gaten is dat hun lichtopbrengst varieert.
Hoewel dit al meer dan 30 jaar bekend is, is het tot nu toe niet mogelijk geweest om de oorsprong van deze variaties te bestuderen. De gewelddadige variaties in verwarming? nu gezien als een natuurlijk bijproduct van magnetische krachten nabij het zwarte gat? bieden een natuurlijke verklaring voor de steeds veranderende helderheid van zwarte gaten. "
Een van de meest opvallende eigenschappen van een zwart gat is het vermogen om jets met een hoge lichtsnelheid uit te stoten. Hoewel lang werd verwacht dat magnetische velden cruciaal zijn voor dit proces, laten de nieuwste simulaties voor het eerst zien hoe een veld kan worden verdreven uit het ophopende gas om zo'n straal te creëren.
Misschien wel het meest verrassende resultaat van de nieuwe computersimulaties van het team is dat de magnetische velden die in de buurt van een roterend zwart gat worden gebracht, ook de spin van het gat koppelen aan materie die verder naar buiten draait, op dezelfde manier als de transmissie van een auto zijn roterende motor met de as verbindt. Krolik zegt: "Als een zwart gat extreem snel wordt geboren, kan zijn‘ aandrijflijn ’zo krachtig zijn dat het vastleggen van extra massa de rotatie ervan vertraagt. De aanwas van massa zou dan fungeren als ‘gouverneur’, waardoor een kosmische snelheidslimiet op zwart gat-spins wordt afgedwongen. "
Volgens Krolik kan die 'gouverneur' sterke implicaties hebben voor veel van de meest opvallende eigenschappen van zwarte gaten. Er wordt bijvoorbeeld algemeen aangenomen dat de kracht van de straal van een zwart gat gerelateerd is aan zijn draaiing, dus een 'toerentallimiet' kan een karakteristieke sterkte voor de jets bepalen, zei Krolik.
Gefinancierd door de National Science Foundation, wordt dit onderzoek gepubliceerd in een reeks van vier artikelen in The Astrophysical Journal. ((De Villiers et al. 2003, ApJ 599, 1238; Hirose et al. 2004, ApJ 606, 1083; De Villiers et al. ApJ 620, 879; Krolik et al., April 2005 ApJ in pers.)) De simulaties werden uitgevoerd in het door NSF ondersteunde San Diego Supercomputer Center. Het onderzoeksteam omvatte ook Shigenobu Hirose, ook van Johns Hopkins.
Oorspronkelijke bron: JHU-persbericht
