Sorte hul-donuts er faktisk springvand

Baseret på computersimuleringer og nye observationer fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), forskere har fundet ud af, at ringene af gas, der omgiver aktive supermassive sorte huller, ikke er simple donutformer. I stedet, gas udstødt fra midten interagerer med indfaldende gas for at skabe et dynamisk cirkulationsmønster, ligner en vandfontæne i en bypark.

De fleste galakser er vært for et supermassivt sort hul, millioner eller milliarder af gange så tung som Solen, i deres centre. Nogle af disse sorte huller sluger materiale ret aktivt. Men astronomer har troet, at snarere end at falde direkte ned i det sorte hul, stof bygges i stedet op omkring det aktive sorte hul og danner en donutstruktur.

Takuma Izumi, en forsker ved National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), ledet et hold af astronomer, der brugte ALMA til at observere det supermassive sorte hul i Circinus Galaxy, der ligger 14 millioner lysår væk fra Jorden i retning af stjernebilledet Circinus. Holdet sammenlignede derefter deres observationer med en computersimulering af gas, der falder mod et sort hul, lavet med Cray XC30 ATERUI supercomputeren drevet af NAOJ. Denne sammenligning afslørede, at den formodede "donut" faktisk ikke er en stiv struktur, men i stedet en kompleks samling af meget dynamiske gasformige komponenter. Først, kold molekylær gas, der falder mod det sorte hul, danner en skive nær rotationsplanet. Når den nærmer sig det sorte hul, denne gas opvarmes, indtil molekylerne nedbrydes i atomerne og ionerne. Nogle af disse atomer bliver derefter udstødt over og under disken, frem for at blive absorberet af det sorte hul. Denne varme atomare gas falder tilbage på skiven og skaber en turbulent tredimensionel struktur. Disse tre komponenter cirkulerer kontinuerligt, ligner en vandfontæne i en bypark.

"Tidligere teoretiske modeller sætter a priori antagelser om stive donuts, " forklarer Keiichi Wada, en teoretiker ved Kagoshima University i Japan, der leder simuleringsstudiet og er medlem af forskerteamet. "I stedet for at tage udgangspunkt i antagelser, vores simulering tog udgangspunkt i de fysiske ligninger og viste for første gang, at gascirkulationen naturligt danner en doughnut. Vores simulering kan også forklare forskellige observationsfunktioner ved systemet."

"Ved at undersøge bevægelsen og fordelingen af ​​både den kolde molekylære gas og den varme atomare gas med ALMA, vi demonstrerede oprindelsen af ​​den såkaldte 'donut' struktur omkring aktive sorte huller, " sagde Izumi. "Baseret på denne opdagelse, vi er nødt til at omskrive astronomi-lærebøgerne."