Baserat på datorsimuleringar och nya observationer från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), forskare har funnit att ringarna av gas som omger aktiva supermassiva svarta hål inte är enkla munkformer. Istället, gas som drivs ut från centrum interagerar med infallande gas för att skapa ett dynamiskt cirkulationsmönster, liknar en vattenfontän i en stadspark.

De flesta galaxer är värd för ett supermassivt svart hål, miljoner eller miljarder gånger så tung som solen, i sina centra. Vissa av dessa svarta hål sväljer material ganska aktivt. Men astronomer har trott att snarare än att falla direkt i det svarta hålet, materia byggs istället upp runt det aktiva svarta hålet och bildar en munkstruktur.

Takuma Izumi, en forskare vid National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), ledde ett team av astronomer som använde ALMA för att observera det supermassiva svarta hålet i Circinus galaxen som ligger 14 miljoner ljusår bort från jorden i riktning mot konstellationen Circinus. Teamet jämförde sedan sina observationer med en datorsimulering av gas som faller mot ett svart hål gjord med superdatorn Cray XC30 ATERUI som drivs av NAOJ. Denna jämförelse avslöjade att den presumtiva "munken" inte faktiskt är en stel struktur, utan istället en komplex samling av högdynamiska gasformiga komponenter. Först, kall molekylär gas som faller mot det svarta hålet bildar en skiva nära rotationsplanet. När den närmar sig det svarta hålet, denna gas värms upp tills molekylerna bryts ner i atomerna och jonerna. Några av dessa atomer drivs sedan ut över och under skivan, snarare än att absorberas av det svarta hålet. Denna heta atomgas faller tillbaka på skivan och skapar en turbulent tredimensionell struktur. Dessa tre komponenter cirkulerar kontinuerligt, liknar en vattenfontän i en stadspark.

"Tidigare teoretiska modeller satte a priori antaganden om stela munkar, " förklarar Keiichi Wada, en teoretiker vid Kagoshima University i Japan, som leder simuleringsstudien och är medlem i forskargruppen. "Istället för att utgå från antaganden, vår simulering utgick från de fysiska ekvationerna och visade för första gången att gascirkulationen naturligt bildar en munk. Vår simulering kan också förklara olika observationsegenskaper hos systemet."

"Genom att undersöka rörelsen och fördelningen av både den kalla molekylära gasen och den varma atomgasen med ALMA, vi visade ursprunget till den så kallade "munk"-strukturen runt aktiva svarta hål, " sa Izumi. "Baserat på denna upptäckt, vi behöver skriva om astronomiläroböckerna."