Een nieuwe computersimulatie helpt bij het verklaren van het bestaan ​​van raadselachtige superzware zwarte gaten die in het vroege heelal zijn waargenomen. De simulatie is gebaseerd op een computercode die wordt gebruikt om de koppeling van straling en bepaalde materialen te begrijpen.

"Superzware zwarte gaten hebben een snelheidslimiet die bepaalt hoe snel en hoe groot ze kunnen groeien, " zei Joseph Smidt van de Theoretical Design Division van Los Alamos National Laboratory, "De relatief recente ontdekking van superzware zwarte gaten in de vroege ontwikkeling van het universum riep een fundamentele vraag op:hoe zijn ze zo snel zo groot geworden?"

Met behulp van computercodes die zijn ontwikkeld in Los Alamos voor het modelleren van de interactie van materie en straling in verband met de voorraadbeheermissie van het Lab, Smidt en collega's creëerden een simulatie van instortende sterren die resulteerde in de vorming van superzware zwarte gaten in minder tijd dan verwacht, kosmologisch gesproken, in de eerste miljard jaar van het heelal.

"Het blijkt dat, hoewel superzware zwarte gaten een groeisnelheidslimiet hebben, bepaalde soorten massieve sterren niet, " zei Smidt. "We vroegen, wat als we een plek konden vinden waar sterren veel sneller zouden kunnen groeien, misschien wel ter grootte van vele duizenden zonnen; zouden ze in minder tijd superzware zwarte gaten kunnen vormen?"

Het blijkt dat het computermodel van Los Alamos niet alleen de mogelijkheid van snelle superzware vorming van zwarte gaten bevestigt, maar past ook bij veel andere verschijnselen van zwarte gaten die routinematig door astrofysici worden waargenomen. Het onderzoek toont aan dat de gesimuleerde superzware zwarte gaten ook op dezelfde manier interageren met sterrenstelsels als in de natuur wordt waargenomen, inclusief stervormingssnelheden, melkwegdichtheidsprofielen, en thermische en ionisatiesnelheden in gassen.

"Dit was grotendeels onverwacht, " zei Smidt. "Ik dacht dat dit idee van het laten groeien van een massieve ster in een speciale configuratie en het vormen van een zwart gat met de juiste soort massa iets was dat we konden benaderen, maar om te zien hoe het zwarte gat stervorming veroorzaakt en de dynamiek aanstuurt op manieren die we in de natuur hebben waargenomen, was echt de kers op de taart."

Een belangrijk missiegebied bij Los Alamos National Laboratory is begrijpen hoe straling interageert met bepaalde materialen. Omdat superzware zwarte gaten enorme hoeveelheden hete straling produceren, hun gedrag helpt bij het testen van computercodes die zijn ontworpen om de koppeling van straling en materie te modelleren. De codes worden gebruikt, samen met grootschalige en kleinschalige experimenten, om de veiligheid te verzekeren, veiligheid, en effectiviteit van de Amerikaanse nucleaire afschrikking.

"We hebben een punt bereikt in Los Alamos, " zei Smidt, "met de computercodes die we gebruiken, het natuurkundig inzicht, en de supercomputerfaciliteiten, dat we gedetailleerde berekeningen kunnen doen die enkele van de krachten nabootsen die de evolutie van het heelal aandrijven."

Onderzoeksdocument beschikbaar op arxiv.org/pdf/1703.00449.pdf