Gebaseerd op computersimulaties en nieuwe waarnemingen van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), onderzoekers hebben ontdekt dat de ringen van gas die actieve superzware zwarte gaten omringen, geen eenvoudige donutvormen zijn. In plaats daarvan, gas dat uit het centrum wordt verdreven, interageert met invallend gas om een ​​dynamisch circulatiepatroon te creëren, vergelijkbaar met een waterfontein in een stadspark.

De meeste sterrenstelsels herbergen een superzwaar zwart gat, miljoenen of miljarden keren zo zwaar als de zon, in hun centra. Sommige van deze zwarte gaten slikken heel actief materiaal op. Maar astronomen hebben geloofd dat in plaats van rechtstreeks in het zwarte gat te vallen, materie bouwt zich in plaats daarvan op rond het actieve zwarte gat en vormt een donutstructuur.

Takuma Izumi, een onderzoeker bij de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), leidde een team van astronomen die ALMA gebruikten om het superzware zwarte gat in het Circinusstelsel te observeren dat zich op 14 miljoen lichtjaar van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Circinus bevindt. Het team vergeleek hun waarnemingen vervolgens met een computersimulatie van gas dat naar een zwart gat valt, gemaakt met de Cray XC30 ATERUI-supercomputer van NAOJ. Deze vergelijking onthulde dat de vermoedelijke "donut" niet echt een rigide structuur is, maar in plaats daarvan een complexe verzameling van zeer dynamische gasvormige componenten. Eerst, koud moleculair gas dat naar het zwarte gat valt, vormt een schijf nabij het rotatievlak. Terwijl het het zwarte gat nadert, dit gas wordt verwarmd totdat de moleculen uiteenvallen in de samenstellende atomen en ionen. Sommige van deze atomen worden vervolgens boven en onder de schijf uitgestoten, in plaats van te worden geabsorbeerd door het zwarte gat. Dit hete atomaire gas valt terug op de schijf en creëert een turbulente driedimensionale structuur. Deze drie componenten circuleren continu, vergelijkbaar met een waterfontein in een stadspark.

"Vorige theoretische modellen stelden a priori aannames vast van stijve donuts, " legt Keiichi Wada uit, een theoreticus aan de Kagoshima University in Japan, die de simulatiestudie leidt en lid is van het onderzoeksteam. "In plaats van uit te gaan van aannames, onze simulatie ging uit van de fysische vergelijkingen en toonde voor het eerst aan dat de gascirculatie van nature een donut vormt. Onze simulatie kan ook verschillende observatiefuncties van het systeem verklaren."

"Door de beweging en verdeling van zowel het koude moleculaire gas als het warme atomaire gas met ALMA te onderzoeken, we hebben de oorsprong van de zogenaamde 'donut'-structuur rond actieve zwarte gaten aangetoond, " zei Izumi. "Op basis van deze ontdekking, we moeten de astronomie-leerboeken herschrijven."