Основываясь на компьютерном моделировании и новых наблюдениях из массива миллиметров / субмиллиметров (AMA) Atacama, исследователи обнаружили, что газовые кольца, окружающие активные сверхмассивные черные дыры, не являются простыми формами пончиков. Вместо этого газ, выталкиваемый из центра, взаимодействует с падающим газом, создавая динамическую схему циркуляции, подобную фонтану воды в городском парке.

ALMA-изображение газа вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Circinus. Распределения молекулярного газа CO и атомарного газа C показаны оранжевым и голубым соответственно. Фото: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Izumi et al.

Большинство галактик содержат в своих центрах сверхмассивную черную дыру, которая в миллионы или миллиарды раз тяжелее Солнца. Некоторые из этих черных дыр поглощают материал довольно активно. Но астрономы считают, что вместо того, чтобы попадать прямо в черную дыру, материя накапливается вокруг активной черной дыры, образуя структуру пончика.

Такума Идзуми, исследователь из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), возглавлял команду астрономов, которые использовали ALMA для наблюдения сверхмассивной черной дыры в Галактике Цирца, расположенной на расстоянии 14 миллионов световых лет от Земли, в направлении созвездия. Циркуль. Затем команда сравнила свои наблюдения с компьютерной имитацией падения газа в сторону черной дыры, сделанной на суперкомпьютере Cray XC30 ATERUI, работающем на NAOJ. Это сравнение показало, что предполагаемый «пончик» на самом деле не жесткая структура, а сложный набор высокодинамичных газообразных компонентов. Во-первых, холодный молекулярный газ, падающий к черной дыре, образует диск вблизи плоскости вращения. По мере приближения к черной дыре этот газ нагревается до тех пор, пока молекулы не распадутся на составляющие атомы и ионы. Некоторые из этих атомов затем удаляются выше и ниже диска, а не поглощаются черной дырой. Этот горячий атомный газ падает обратно на диск, создавая турбулентную трехмерную структуру. Эти три компонента циркулируют непрерывно, подобно водному фонтану в городском парке.

Впечатление художника о движении газа вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Circinus

Впечатление художника о движении газа вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Circinus. Три газообразных компонента образуют давно теоретизированную структуру «пончик»: (1) диск падающего плотного холодного молекулярного газа, (2) истекающий горячий атомарный газ и (3) газ, возвращающийся к диску. Фото: NAOJ

«Предыдущие теоретические модели устанавливают априорные предположения о жестких пончиках», — объясняет Кейити Вада, теоретик из Университета Кагосима в Японии, который возглавляет исследование по моделированию и является членом исследовательской группы. «Вместо того, чтобы исходить из предположений, наше моделирование началось с физических уравнений и впервые показало, что циркуляция газа естественным образом образует пончик. Наше моделирование может также объяснить различные наблюдательные особенности системы ».

«Исследуя движение и распределение как холодного молекулярного газа, так и теплого атомарного газа с помощью ALMA, мы продемонстрировали происхождение так называемой« кольцевой »структуры вокруг активных черных дыр», — сказал Изуми. «Основываясь на этом открытии, нам нужно переписать учебники по астрономии».

Поперечное сечение газа вокруг сверхмассивной черной дыры

Поперечное сечение газа вокруг сверхмассивной черной дыры, имитируемой суперкомпьютером NAOJ ATERUI. Различные цвета представляют плотность газа, а стрелки показывают движение газа. На нем четко показаны три газообразных компонента, образующих структуру «пончик». Фото: Wada et al.​

По материалам phys.org