Een team van astrofysici is er voor het eerst in geslaagd om na te bootsen hoe het oergas in het vroege heelal opging in de materieschijven die zich rond superzware zwarte gaten vormden. Hun computersimulatie gooit de bestaande ideeën over dergelijke schijven overhoop, en maakt de weg vrij voor nieuwe ontdekkingen over hoe zwarte gaten en sterrenstelsels groeien en evolueren. De nieuwe simulatie is de bekroning op het jarenlang werk van twee grote samenwerkingsverbanden die bij het California Institute of Technology (Caltech) zijn opgezet. De eerste, FIRE geheten (Feedback in Realistic Environments), richtte zich op de grotere schalen in het heelal en bestudeerde vragen zoals hoe sterrenstelsels zich vormen en wat er gebeurt wanneer sterrenstelsels met elkaar in botsing komen. De andere, STARFORGE, was ontworpen om veel kleinere schalen te onderzoeken, zoals de vorming van sterren in individuele gaswolken. Om het verschil in grootte tussen de twee samenwerkingen te overbruggen, moesten de Caltech-onderzoekers een simulatie ontwikkelen met een resolutie die meer dan 1000 keer groter was dan de beste die tot nu toe beschikbaar was op dit gebied. Tot verrassing van de onderzoekers laat de simulatie zien dat magnetische velden een veel grotere rol spelen bij de vorming van de enorme materieschijven die zich rond superzware zwarte gaten vormen, en deze ook voeden. ‘Onze theorieën vertelden ons dat de schijven zo plat als pannenkoeken zouden moeten zijn’, aldus Caltech-professor Phil Hopkins. ‘Maar we wisten dat dit niet klopte, omdat waarnemingen lieten zien dat de schijven in werkelijkheid dikker zijn. Onze simulatie hielp ons te begrijpen dat magnetische velden het schijfmateriaal stutten, waardoor het ‘luchtiger’ blijft.’ Astronomen weten al tientallen jaren dat het gas en stof dat door de enorme zwaartekracht van een zwart gat wordt aangetrokken, niet meteen naar binnen worden gezogen. In plaats daarvan hoopt het materiaal zich op in een zogeheten accretieschijf. En op het moment dat het materiaal in deze schijf op het punt staat om naar binnen te vallen, straalt het enorme hoeveelheden energie uit in de vorm van licht en andere soorten straling. Maar er is nog veel onbekend over deze actieve superzware zwarte gaten, beter bekend als quasars, en over de schijven die hen voeden. In de jaren 70 namen wetenschappers aan dat thermische druk – de verandering in druk veroorzaakt door de veranderende temperatuur van het gas in de schijven – de belangrijkste oorzaak is dat deze schijven onder de enorme zwaartekracht die ze in de omgeving van het zwarte gat onderwinden overeind blijven. Wel erkenden ze dat ook magnetische velden daarbij een bescheiden rol zouden kunnen spelen. Uit de nieuwe simulatie blijkt echter dat de tegendruk van de magnetische velden van zulke schijven tienduizend keer zo groot is als de thermische druk van het gas. De schijven worden dus bijna volledig in stand gehouden door de magnetische velden. Dit inzicht kan grote gevolgen hebben voor de voorspellingen die wetenschappers over accretieschijven doen, bijvoorbeeld omtrent hun massa en dikte, en hoe snel het materiaal van zo’n schijf zich naar het zwarte gat zou kunnen verplaatsen. (EE) (Image credit: Caltech/Phil Hopkins group)
