Wissenschaft

Computermodelle zeigen, wie ein Schwarzes Loch einen Stern frisst

Wir sind alle fasziniert von Schwarzen Löchern. Wir fragen Astronomen nach ihnen, wir lesen in den Nachrichten darüber und sie tauchen in Fernsehsendungen und Filmen auf. Trotz all unserer Neugier auf diese kosmischen Bestien wissen wir immer noch nicht alles über sie. Sie verstoßen gegen die Regeln, indem sie schwer zu studieren und zu erkennen sind. Astronomen erforschen immer noch die genaue Mechanik, wie sich stellare Schwarze Löcher bilden, wenn massive Sterne sterben.

All dies wird durch die Tatsache erschwert, dass wir kein Schwarzes Loch aus der Nähe gesehen haben. Sich einem zu nähern (wenn wir könnten) wäre sehr gefährlich. Niemand würde auch nur einen engen Kontakt mit einem dieser Monster mit hoher Schwerkraft überleben. Also tun Astronomen, was sie können, um sie aus der Ferne zu verstehen. Sie verwenden Licht (sichtbare, Röntgen-, Radio- und Ultraviolettemissionen), das aus der Region um das Schwarze Loch kommt, um einige sehr kluge Schlussfolgerungen über seine Masse, seinen Spin, seinen Strahl und andere Eigenschaften zu ziehen. Dann speisen sie all dies in Computerprogramme ein, die zur Modellierung der Aktivität von Schwarzen Löchern entwickelt wurden. Computermodelle, die auf tatsächlichen Beobachtungsdaten von Schwarzen Löchern basieren, helfen ihnen zu simulieren, was an Schwarzen Löchern passiert, insbesondere wenn man etwas verschlingt.

Was uns ein Computermodell zeigt

Nehmen wir an, irgendwo im Universum, im Zentrum einer Galaxie wie unserer eigenen Milchstraße, befindet sich ein Schwarzes Loch. Plötzlich flackert ein intensiver Strahlungsblitz aus dem Bereich des Schwarzen Lochs auf. Was ist passiert? Ein nahe gelegener Stern ist in die Akkretionsscheibe gewandert (die Materialscheibe, die sich in das Schwarze Loch windet), hat den Ereignishorizont überschritten (der Gravitationspunkt ohne Rückkehr um ein Schwarzes Loch) und wird durch die intensive Gravitationskraft auseinandergerissen. Die Sterngase werden erwärmt, wenn der Stern zerkleinert wird. Dieser Strahlungsblitz ist seine letzte Kommunikation mit der Außenwelt, bevor er für immer verloren geht.

Die verräterische Strahlungssignatur

Diese Strahlungssignaturen sind wichtige Hinweise auf die Existenz eines Schwarzen Lochs, das keine eigene Strahlung abgibt. Die gesamte Strahlung, die wir sehen, kommt von den Objekten und dem Material um sie herum. Daher suchen Astronomen nach verräterischen Strahlungssignaturen von Materie, die von Schwarzen Löchern verschlungen wird: Röntgenstrahlen oder Funkemissionen. da die Ereignisse, die sie aussenden, sehr energisch sind. 

Nachdem Astronomen schwarze Löcher in fernen Galaxien untersucht hatten, stellten sie fest, dass einige Galaxien plötzlich an ihren Kernen aufhellen und sich dann langsam abschwächen. Die Eigenschaften des abgegebenen Lichts und der Verdunkelungszeit wurden als Signaturen von Akkretionsscheiben für Schwarze Löcher bekannt, die in der Nähe befindliche Sterne und Gaswolken fraßen und Strahlung abgaben.

Daten bilden das Modell

Mit genügend Daten zu diesen Aufflackern im Herzen von Galaxien können Astronomen mithilfe von Supercomputern die dynamischen Kräfte simulieren, die in der Region um ein supermassereiches Schwarzes Loch wirken. Was sie gefunden haben, sagt viel darüber aus, wie diese Schwarzen Löcher funktionieren und wie oft sie ihre galaktischen Wirte zum Leuchten bringen.

Zum Beispiel könnte eine Galaxie wie unsere Milchstraße mit ihrem zentralen Schwarzen Loch alle 10.000 Jahre durchschnittlich einen Stern verschlingen. Die Strahlung eines solchen Festes lässt sehr schnell nach. Wenn wir also die Show verpassen, sehen wir sie möglicherweise lange nicht mehr. Aber es gibt viele Galaxien. Astronomen befragen so viele wie möglich, um nach Strahlungsausbrüchen zu suchen.

In den kommenden Jahren werden Astronomen mit Daten aus Projekten wie Pan-STARRS, GALEX, der Palomar Transient Factory und anderen bevorstehenden astronomischen Untersuchungen überhäuft. Es werden Hunderte von Ereignissen in ihren Datensätzen zu untersuchen sein. Das sollte unser Verständnis der Schwarzen Löcher und der Sterne um sie herum wirklich verbessern. Computermodelle werden weiterhin eine große Rolle bei der Erforschung der fortdauernden Geheimnisse dieser kosmischen Monster spielen.

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