Un equipo investigadores han descubierto que los anillos de gas que rodean los agujeros negros supermasivos activos no son solo formas de donuts o rosquillas, sino que se parecen a una fuente de agua.

Basándose en simulaciones por computadora y en las nuevas observaciones del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), los investigadores descubrieron que el gas expulsado del centro interactúa con el gas de inflado para crear un patrón de circulación dinámico, similar a una fuente de agua en un parque de la ciudad.

La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo, millones o miles de millones de veces más pesado que el Sol, en sus núcleos. Algunos de estos agujeros negros tragan el material bastante activamente. Pero los astrónomos han creído que, en lugar de caer directamente en el agujero negro, la materia se acumula alrededor del agujero negro activo formando una estructura de rosquilla.

Takuma Izumi, investigador del National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), dirigió un equipo de astrónomos que utilizaron ALMA para observar el agujero negro supermasivo.en la galaxia del Circinus, ubicada a 14 millones de años luz de la Tierra en dirección a la constelación del Circinus.

Luego, el equipo comparó sus observaciones con una simulación por computadora de la caída de gas hacia un agujero negro hecho con la supercomputadora Cray XC30 ATERUI operada por NAOJ.

Impresión artística del movimiento de gas alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Galaxia Circinus. Los tres componentes gaseosos forman la estructura de «rosquilla» teórica larga: (1) un disco de inflado de gas molecular frío denso, (2) gas atómico caliente que sale, y (3) gas que regresa al disco. Crédito: NAOJ

La simulación reveló que la presunta «donut» no es en realidad una estructura rígida, sino una compleja colección de componentes gaseosos altamente dinámicos.

En primer lugar, el gas molecular frío que cae hacia el agujero negro forma un disco cerca del plano de rotación. A medida que se acerca al agujero negro, este gas se calienta hasta que las moléculas se descomponen en los átomos e iones componentes.

Algunos de estos átomos son expulsados por encima y por debajo del disco, en lugar de ser absorbidos por el agujero negro. Este gas atómico caliente cae sobre el disco creando una estructura tridimensional turbulenta. Estos tres componentes circulan continuamente, similar a una fuente de agua en un parque de la ciudad.

Sección transversal del gas alrededor de un agujero negro supermasivo simulado con la supercomputadora ATERUI de NAOJ. Los diferentes colores representan la densidad del gas y las flechas muestran el movimiento del gas. Muestra claramente los tres componentes gaseosos que forman la estructura «donut». Crédito: Wada et al.

Keiichi Wada, teórico de la Kagoshima University en Japón y quien dirigió el estudio, dijo en un comunicado:

Los modelos teóricos anteriores establecen supuestos a priori de donuts rígidas. En lugar de partir de suposiciones, nuestra simulación comenzó a partir de las ecuaciones físicas y mostró por primera vez que la circulación de gas forma naturalmente una donut. Nuestra simulación también puede explicar varias características de observación del sistema”.

Izummi agregó:

Al investigar el movimiento y la distribución tanto del gas molecular frío como del gas atómico caliente con ALMA, demostramos el origen de la llamada estructura ‘donut’ alrededor de los agujeros negros activos. Sobre la base de este descubrimiento, tenemos que volver a escribir los libros de texto de astronomía”.

Estos últimos hallazgos podrían alterar lo que pensábamos acerca de los agujeros negros.

El estudio científico ha sido publicado en The Astrophysical Journal.