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COMPUTERSIMULATIONEN
Chaos rund ums Schwarze Loch
von Rainer Kayser
8. März 2005

Dass es rund um ein gewaltiges Schwarzes Loch recht turbulent zugeht, ist für Astronomen nicht neu. Allerdings dachten sie bislang, dass zumindest die finale Phase des Materieeinfalls in ein Schwarzes Loch relativ gleichmäßig und ruhig verläuft. Neue Computersimulationen, die starke Magnetfelder und relativistische Effekte berücksichtigen, zeigen jetzt, dass dies ganz und gar nicht der Fall sein dürfte.

Schwarzes Loch

Simulation des Materieeinfalls in ein Schwarzes Loch (links). Die roten Bereiche sind Regionen mit einer 10.000 Mal höheren Dichte als in den blauen Bereichen.
Bild: Johns Hopkins University

Der Einfall von Materie in Schwarze Löcher verläuft erheblich turbulenter und chaotischer als bislang vermutet. Das zeigen neue Computersimulationen amerikanischer Astrophysiker. Den Forschern ist es erstmalig gelungen, die komplizierten Wechselwirkungen zwischen Magnetfeldern und relativistischer Gravitation am Rand eines Schwarzen Loches zu berücksichtigen. Dabei zeigte sich, dass die relativistischen Effekte zu einer Verstärkung zufälliger Bewegungen und so zu turbulenten Störungen des Materieeinfalls führen.

"Diese Simulationen liefern uns neue Einblicke in die komplizierte Geschichte des Materieeinfalls in Schwarze Löcher", erläutert Julian Krolik von der Johns Hopkins University in Baltimore, der Leiter des Forscherteams. "Sie zeigen erstmalig, wie verwickelte Magnetfelder und Einsteinsche Gravitation gemeinsam Energie aus der Materie herausquetschen, die in das ewige Gefängnis eines Schwarzen Lochs stürzt."

Bislang gingen die Astronomen davon aus, dass die letzte Phase dieses Materieeinfalls nahe der Grenze des Schwarzen Lochs schnell, gleichmäßig und ruhig verläuft. Die neuen Computersimulationen zeigen jedoch, dass das Gegenteil der Fall ist. Relativistische Effekte in der Umgebung des Horizonts des Schwarzen Lochs führen zu gewaltigen, sich aufschaukelnden Störungen der Dichte, der Geschwindigkeit und der magnetischen Feldstärke. Dadurch können sich wellenartige Bewegungen mit beobachtbaren Konsequenzen aufbauen.

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"Durch die Turbulenz wird die Materie außerhalb der Grenze des Schwarzen Lochs aufgeheizt. Diese Erhitzung wiederum führt dazu, dass die Materie zusätzliche Strahlung aussendet, die von den Astronomen auf der Erde beobachtet werden kann", erläutert John Hawley von der University of Virginia, einer der Entwickler des Computerprogramms.

Die chaotischen Turbulenzen könnten nach Ansicht der Astronomen auch eine Erklärung für die schnellen Schwankungen der von Schwarzen Löchern ausgehenden Strahlung sein. "Die gewaltige Variation der Aufheizung, die eine natürliche Folge der magnetischen Kräfte in der Nähe eines Schwarzen Lochs ist, liefert uns eine natürliche Erklärung für diese Helligkeitsschwankungen", so Hawley.

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