Durch ihre gigantische Masse und Gravitationskraft krümmen sie den Raum so stark, dass nicht einmal das Licht entkommen kann: Die Schwarzen Löcher gehören zu den faszinierendsten Objekten im Universum. Neben den physikalischen Phänomenen ist dabei auch ihre Gefräßigkeit ein besonders spannender Aspekt: Materie, die in ihren Bann gerät, wird angezogen, zerrissen und bildet schließlich eine sogenannte Akkretionsscheibe, von der die Schwarzen Löcher zehren. Doch was genau läuft dabei ab?
Lange ging man davon aus, dass Akkretionsscheiben um supermassereiche Schwarze Löcher relativ geordnet aufgebaut sind. In diesen Modellen rotieren Gas und Teilchen in einer Scheibe um das Schwarze Loch , die Rotation erfolgt dabei in der gleichen Richtung wie der Spin des Schwarzen Lochs. Über eine Zeitspanne von Hunderten bis Hunderttausenden von Jahren wird das Material aus der Akkretionsscheibe dann spiralförmig in das Schwarze Loch hineingezogen – so die traditionelle Annahme zum Fressverhalten. Doch dieses unkomplizierte Modell scheint nicht zu einigen Phänomenen zu passen, die bei Schwarzen Löchern in den letzten Jahren beobachtet wurden.
Simulation astronomischer Mahlzeiten
Aus diesem Grund haben die Forscher um Nick Kaaz von Northwestern University in den USA den Prozessen in der Akkretionsscheibe sowie dem Fressverhalten nun eine neue Modellanalyse gewidmet. Dazu kam einer der weltweit größten Supercomputer am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee zum Einsatz. Mit der Hilfe von „Summit“ entwickelten die Wissenschaftler eine 3D-Simulation der dynamischen Abläufe in einer Akkretionsscheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch. Wie sie erklären, waren frühere Rechner nicht leistungsfähig genug, um die vielen physikalischen Aspekte in komplexeren Modellierungen zu berücksichtigen. Doch dem Team zufolge konnte die neue Simulation auf der Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie jetzt die Gasdynamiken, die Magnetfelder und weitere Faktoren zu einem klareren Bild der Prozesse vereinen.
“Schwarze Löcher sind extreme Objekte, die die Raumzeit um sie herum auf komplexe Weise beeinflussen”, sagt Kaaz. Genau das spiegelte sich nun auch in den Ergebnissen der neuen Simulation wider, wie er und seine Kollegen berichten: Die Regionen um ein Schwarzes Loch sind viel chaotischer und turbulenter als bisher angenommen. Wie sich zeigte, zerreißen Schwarze Löcher den gewaltigen Strudel aus Materie und partitionieren ihn schließlich. Die komplexen gravitativen und dynamischen Prozesse führen demnach dazu, dass sich die Akkretionsscheibe in eine innere und eine äußere Unterscheibe aufteilt. Die beiden Einheiten beginnen sich dabei unabhängig voneinander zu bewegen: Sie entwickeln unterschiedliche Geschwindigkeiten und verändern ihre Ausrichtung.
