Die erste auf Einzelsternen basierende Simulation der Entstehung von Kugelsternhaufen zeigt, dass Kollisionen massereicher Sterne einen Prozess auslösen können, der in der Entstehung mittelschwerer Schwarzer Löcher resultiert. Diese Ergebnisse können helfen, die Ursprünge dieses seltenen Typs Schwarzer Löcher zu erklären.
Bekannte Schwarze Löcher werden normalerweise in zwei Kategorien eingeordnet: massearme Schwarze Löcher mit Dutzenden Sonnenmassen und massereiche Schwarze Löcher mit Zehntausend Sonnenmassen oder mehr. Schwarze Löcher im Massenbereich dazwischen werden nur selten gefunden und werden als ein großes Rätsel in der Entwicklung Schwarzer Löcher betrachtet.
Ein möglicher Ort, um nach mittelschweren Schwarzen Löchern zu suchen, sind Kugelsternhaufen – kugelförmige Ansammlungen von Sternen im Halo um die Milchstraßen-Galaxie. Eine der Hypothesen zur Entstehung von Schwarzen Löchern in Kugelsternhaufen beschreibt einen ungehaltenen Kollisionsprozess von Sternen in entstehenden Kugelsternhaufen, die in ihre elterlichen Molekülwolken eingebettet sind. Um diese Theorie zu bestätigen, werden jedoch Simulationen benötigt, die die Bewegungen einzelner Sterne innerhalb der Molekülwolken nachbilden. Dies war allerdings aufgrund von Problemen mit Berechnungsmethoden und der Leistungsfähigkeit der Computer bisher nicht möglich. Frühere Simulationen der Entwicklung von Kugelsternhaufen haben die Berechnungen vereinfacht, indem sie Sterne zu Gruppen zusammenfassten, um ihre Bewegungen zu verfolgen. Aber diese Simulationen konnten keine ungehaltenen Kollisionsprozesse reproduzieren.
Ein Team unter Leitung von Michiko S. Fujii von der University of Tokyo prüfte eine neue Simulationsmethode mit dem weltweit leistungsfähigsten Supercomputer für astronomische Berechnungen, dem ATERUI II am National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Der neue Simulationscode und die Leistung von ATERUI II haben die weltweit erste Simulation der Entstehung einzelner Sterne in Kugelsternhaufen ermöglicht und reproduzieren präzise die Bewegungen von mehr als einer Million Sternen im interstellaren Gas (inklusive ihrer Kollisionen und Verschmelzungen) ohne dass sie unrealistische Berechnungszeiten erfordert.
Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass während der Entstehung des Kugelsternhaufens gewaltige Kollisionen von Sternen darin stattfinden und letztendlich einen massereichen Stern mit etwa 10.000 Sonnenmassen bilden. Berechnungen basierend auf der Theorie zur stellaren Entwicklung sagen voraus, dass der massereiche Stern zu einem mittelschweren Schwarzen Loch mit einer Masse von 3.000-4.000 Sonnenmassen werden wird. Das Ergebnis liefert theoretische Belege, die die Existenz mittelschwerer Schwarzer Löcher in Kugelsternhaufen untermauern.
(THK)
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