Las "donas" del agujero negro son en realidad "fuentes"

Investigadores han encontrado que los anillos de gas que rodean a los agujeros negros supermasivos activos no son simples formas de rosquillas, estos hallazgos se basan en simulaciones por computadora y nuevas observaciones del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Contario a lo que se creía, el gas expulsado desde el 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 centros. 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. 

Imagen de ALMA del gas alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Galaxia Circinus. Las distribuciones de gas molecular CO y gas atómico C se muestran en naranja y cian, respectivamente. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Izumi et al.

Takuma Izumi, investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), dirigió un equipo de astrónomos que usaron ALMA para observar el agujero negro supermasivo en la Galaxia del Circinus, ubicado a 14 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación 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. Esta comparación reveló que la presunta "dona" no es en realidad una estructura rígida, sino una compleja colección de componentes gaseosos altamente dinámicos. Primero, 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 se expulsan por encima y por debajo del disco, en lugar de ser absorbidos por el agujero negro. Este gas atómico caliente vuelve a caer 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. 

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

"Los modelos teóricos anteriores establecen supuestos a priori de donas rígidas", explica Keiichi Wada, teórico de la Universidad de Kagoshima en Japón, quien dirige el estudio de simulación y es miembro del equipo de investigación. "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 dona. Nuestra simulación también puede explicar varias características de observación del sistema". 

"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", dijo Izumi. "Sobre la base de este descubrimiento, tenemos que volver a escribir los libros de texto de astronomía". 

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.

Más información: Takuma Izumi et al. Gases multifase circumnucleares en la galaxia circinus. II. Las estructuras de oscurecimiento molecular y atómico reveladas con ALMA, The Astrophysical Journal (2018). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / aae20b

Referencia de la publicación: Astrophysical Journal 

Fuente: National Astronomical Observatory of Japan, ALMA,