Superzware zwarte gaten zijn een van de meest extreme verschijnselen die mensen in de ruimte hebben ontdekt. Met honderdduizenden, zelfs miljoenen tot miljarden maal de massa van onze zon, drijven ze ongekende lichtgevende verschijnselen aan die quasars worden genoemd.
Onderzoekers van de Northwestern University gebruikten de Summit-supercomputer om een ‘driedimensionale algemeen relativistische magnetohydrodynamica’-simulatie uit te voeren van een gekantelde dunne accretieschijf die in een baan om een superzwaar zwart gat draait. Dankzij de krachtige, krachtige computersystemen van Oak Ridge National Laboratory kunnen wetenschappers realistischere zwarte gaten simuleren dan ooit tevoren en daarbij nieuwe fenomenen ontdekken.
De onderzoekers merkten op dat conventionele theorieën over superzware zwarte gaten ervan uitgaan dat het hemelse entiteiten zijn die geleidelijk gas en stof verslinden over honderden of zelfs honderdduizenden jaren. Volgens nieuwe simulaties lijkt dit uitputtingsproces echter in slechts een paar maanden plaats te vinden, wat samenvalt met de tijd die nodig is voor actieve quasar-lanceringen.
Driedimensionale simulaties geproduceerd door wetenschappers van de Northwestern University illustreren dat een ronddraaiend zwart gat het omringende gebied van ruimte-tijd vervormt. Dit fenomeen verscheurt uiteindelijk de werveling van gas en stof rond het zwarte gat, bekend als de accretieschijf. Het eindresultaat van dit ruimte-tijd-vervormingsproces is het splitsen van de accretieschijf in twee subschijven, een binnenste en een binnenste, die vervolgens het ultrasnelle voedingsgedrag voeden dat in de nieuwe studie wordt beschreven.
Onderzoekers zeggen dat een singulariteit in het centrum van een zwart gat aanvankelijk de binnenste ring overspoelt. Vervolgens stroomden fragmenten van de buitenste schijf naar binnen, waardoor de opening werd opgevuld die was achtergelaten door het verslinden van de binnenring, waardoor het verslindingsproces zich kon herhalen. Wetenschappers wijzen erop dat dit eindeloze proces van “eten” – “eten” – nog eens “eten” slechts een paar maanden duurt. Deze tijdschaal is ongelooflijk snel vergeleken met eerdere theoretische voorspellingen.
Deze nieuwe simulatie kan het gedrag onthullen van enkele van de helderste objecten die in het universum zijn waargenomen, zoals quasars. Deze quasi-stellaire objecten kunnen net zo helder zijn als alle sterren in hun gaststelsel bij elkaar, maar verdwijnen na een paar maanden ‘zonder uitleg’. Nick Kaaz, die het onderzoek aan de Northwestern University leidde, wees erop dat de klassieke accretieschijftheorie voorspelt dat de schijf rond het zwarte gat heel langzaam zal evolueren.
Katz legde echter uit dat sommige quasars in de loop van maanden of jaren dramatischere veranderingen in helderheid ervaren. De snelle schommelingen in de helderheid die in quasars worden waargenomen, komen overeen met de observatie van meerlaagse schijven en hun complexe fysieke interacties via nieuwe simulaties van zwarte gaten.