Supercomputer enthüllt: turbulente Strömungen in Akkretionsscheiben von Schwarzen Löchern entschlüsselt

BerlinForscher der Universitäten Tohoku und Utsunomiya haben unser Verständnis von Turbulenzen in Akkretionsscheiben von Schwarzen Löchern erheblich verbessert. Mithilfe leistungsstarker Supercomputer wie RIKENs "Fugaku" und NAOJs "ATERUI II" konnten sie die bisher detailliertesten Simulationen durchführen. Dieser Fortschritt ermöglicht eine bessere Analyse von Daten des Event-Horizon-Teleskops und anderer Beobachtungsinstrumente.

Diese Forschung konzentriert sich auf detaillierte Computersimulationen von Gaswolken, die Beobachtung von Turbulenzen in diesen Wolken und die Erkenntnis, dass langsame magnetosonische Wellen eine entscheidende Rolle spielen.

Akkretionsscheiben bestehen aus Gasen, die in Schwarze Löcher strömen. Die Bewegungen in diesen Scheiben sind komplex. Das Verständnis dieser Bewegungen ist wichtig, da sie das Licht beeinflussen, das wir beobachten können. Dieses Licht ermöglicht es uns, Schwarze Löcher indirekt zu untersuchen, da diese selbst kein Licht aussenden.

Frühere Simulationen hatten nicht genügend Rechenleistung, um den Inertialbereich zu untersuchen. Dieser Bereich ist bedeutsam, da er zeigt, wie Energie zwischen verschiedenen Größen turbulenter Strömungen übertragen wird. Die neuesten Simulationen haben ergeben, dass langsame magnetosonische Wellen in diesem Bereich am häufigsten vorkommen, im Gegensatz zu Turbulenzen im Sonnenwind, wo Alfvén-Wellen dominieren.

Magnetosonische Wellen und ihre Bedeutung in Akkretionsscheiben

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Magnetosonische Wellen sind eine Art von Wellen, die durch die Magnetohydrodynamik erklärt werden. Sie spielen eine wichtige Rolle für das Verhalten von geladenen Teilchen in Akkretionsscheiben. Es wurde festgestellt, dass langsame Magnetosonische Wellen häufiger auftreten als Alfvén-Wellen und die Ionen in diesen Scheiben auf besondere Weise erhitzen. Dies beeinflusst unser Verständnis von schwarzen Löchern und deren energetischen Prozessen. Beispielsweise kann das Wissen über diese Erhitzung helfen, Theorien über die Bildung von Jets und andere Merkmale im Zusammenhang mit schwarzen Löchern zu erklären.

Turbulente elektromagnetische Felder in diesen Scheiben beeinflussen sowohl die Erwärmung als auch die Teilchenbeschleunigung. Dies könnte eine Rolle bei der Entstehung von kosmischer Strahlung oder anderen hochenergetischen Phänomenen im Weltraum spielen. Der Nachweis, dass langsame magnetosonische Wellen im Inertialbereich häufig vorkommen, eröffnet zudem neue Möglichkeiten, Daten von Radioteleskopen, die Schwarze-Loch-Gebiete untersuchen, besser zu verstehen.

Die Entdeckung zeigt, dass Turbulenzen in Akkretionsscheiben grundlegend anders sind als in anderen Weltraumumgebungen. Turbulenzen im Sonnenwind werden zum Beispiel hauptsächlich von Alfvén-Wellen beeinflusst. Das bedeutet, dass Akkretionsscheiben eine einzigartige Möglichkeit bieten, verschiedene Arten von Turbulenzen und den Energietransfer zwischen unterschiedlichen Skalen zu untersuchen.

Diese Studie erweitert nicht nur unser theoretisches Wissen, sondern fördert auch die Beobachtung und das Verständnis der extremen Bedingungen im Universum. Ein besseres Verständnis der Turbulenzen in Akkretionsscheiben ermöglicht es Wissenschaftlern, Daten von Teleskopen und anderen Instrumenten präziser zu interpretieren.