Eine neue Computersimulation hilft die Existenz rätselhafter supermassiver Schwarzer Löcher zu erklären, die im jungen Universum beobachtet wurden. Die Simulation basiert auf einem Code, der dafür verwendet wird, die Verbindung von Strahlung und bestimmten Materialien zu verstehen.
“Supermassive Schwarze Löcher unterliegen einer Geschwindigkeitsbegrenzung, die steuert, wie schnell und wie groß sie wachsen können”, sagte Joseph Smidt von der Theoretical Design Division am Los Alamos National Laboratory. “Die relativ neue Entdeckung von supermassiven Schwarzen Löchern in der frühen Entwicklung des Universums warf eine grundlegende Frage auf: Wie wurden sie so schnell so groß?”
Mit Computerprogrammen, die am Los Alamos National Laboratory für die Modellierung der Wechselwirkung von Materie und Strahlung entwickelt wurden, erschufen Smidt und seine Kollegen eine Simulation kollabierender Sterne. Die Simulation resultierte in supermassiven Schwarzen Löchern, die sich in – kosmisch betrachtet – kürzerer Zeit bildeten als erwartet: in der ersten Milliarde Jahren des Universums.
“Es stellte sich heraus, dass bestimmte Typen massereicher Sterne im Gegensatz zu supermassiven Schwarzen Löchern keiner Geschwindigkeitsbegrenzung für das Wachstum unterliegen”, sagte Smidt. “Wir fragten uns, ob wir einen Ort finden könnten, an dem Sterne viel schneller wachsen konnten – vielleicht bis zur Masse mehrerer tausend Sonnen. Könnten sie supermassive Schwarze Löcher in kürzerer Zeit bilden?”
Es zeigte sich, dass das Computermodell des Los Alamos National Laboratory nicht nur die Möglichkeit einer raschen Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher bestätigt, sondern auch zu vielen anderen Phänomenen von Schwarzen Löchern passt, die von Astrophysikern regelmäßig beobachtet werden. Die Forschungsarbeit besagt, dass die simulierten supermassiven Schwarzen Löcher auch mit Galaxien auf die gleiche Weise interagieren, wie es in der Natur beobachtet wird. Dazu zählen beispielsweise die Sternentstehungsraten, die galaktischen Dichteprofile und die thermalen und Ionisationsraten der Gase.
“Das war größtenteils unerwartet”, sagte Smidt. “Ich nahm an, diese Theorie vom Wachstum eines massereichen Sterns in einer speziellen Konfiguration bis zur Bildung eines Schwarzen Lochs mit den richten Massenbereichen sei etwas, dem wir uns annähern könnten. Aber zu sehen, dass das Schwarze Loch Sternentstehungsprozesse auslöst und die Dynamik zeigt, die wir in der Natur beobachtet haben, war wirklich das Tüpfelchen auf dem i.”
Video-Link: https://youtu.be/LD4xECbHx_I
Ein bedeutendes Forschungsgebiet des Los Alamos National Laboratory ist es zu verstehen, wie Strahlung mit bestimmten Materialien interagiert. Weil supermassive Schwarze Löcher große Mengen heißer Strahlung erzeugen, hilft ihr Verhalten dabei, Computercodes zu testen, die für die Simulation dieser Interaktionen zwischen Strahlung und Materie entworfen wurden. Die Codes werden zusammen mit Experimenten in großen und kleinen Maßstäben genutzt, um die Gefahrlosigkeit, die Sicherheit und die Effektivität der US-Kernwaffen zu gewährleisten.
“Mit den von uns genutzten Computercodes, unserem Wissen über die Physik und den Supercomputer-Einrichtungen sind wir am Los Alamos National Laboratory an einem Punkt angelangt, wo wir detaillierte Berechnungen durchführen können, welche einige der Kräfte nachbilden, die die Entwicklung des Universums steuerten.”
Abhandlung: “The Formation of the First Quasars in the Universe” von Joseph Smidt, Daniel J. Whalen, Jarrett L. Johnson, Hui Li
(THK)
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