Immagine ALMA del gas attorno al buco nero supermassiccio al centro della Galassia Circinus. Le distribuzioni del gas molecolare CO e del gas atomico C sono mostrate in arancione e ciano, rispettivamente. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Izumi et al.
Basato su simulazioni al computer e nuove osservazioni dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), i ricercatori hanno scoperto che gli anelli di gas che circondano i buchi neri supermassicci attivi non sono semplici forme di ciambella. Anziché, il gas espulso dal centro interagisce con il gas in caduta per creare uno schema di circolazione dinamico, simile a una fontana in un parco cittadino.
La maggior parte delle galassie ospita un buco nero supermassiccio, milioni o miliardi di volte più pesanti del Sole, nei loro centri. Alcuni di questi buchi neri inghiottono il materiale abbastanza attivamente. Ma gli astronomi hanno creduto che invece di cadere direttamente nel buco nero, la materia invece si accumula attorno al buco nero attivo formando una struttura a ciambella.
Takuma Izumi, ricercatore presso l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), ha guidato un team di astronomi che ha utilizzato ALMA per osservare il buco nero supermassiccio nella Galassia Circinus situato a 14 milioni di anni luce dalla Terra in direzione della costellazione del Circinus. Il team ha quindi confrontato le proprie osservazioni con una simulazione al computer della caduta di gas verso un buco nero realizzata con il supercomputer Cray XC30 ATERUI gestito da NAOJ. Questo confronto ha rivelato che la presunta "ciambella" non è in realtà una struttura rigida, ma invece un complesso insieme di componenti gassosi altamente dinamici. Primo, il gas molecolare freddo che cade verso il buco nero forma un disco vicino al piano di rotazione. Mentre si avvicina al buco nero, questo gas viene riscaldato fino a quando le molecole si scompongono negli atomi e negli ioni componenti. Alcuni di questi atomi vengono poi espulsi sopra e sotto il disco, piuttosto che essere assorbito dal buco nero. Questo gas atomico caldo ricade sul disco creando una turbolenta struttura tridimensionale. Queste tre componenti circolano continuamente, simile a una fontana in un parco cittadino.
Rappresentazione artistica del movimento del gas attorno al buco nero supermassiccio al centro della Galassia Circinus. I tre componenti gassosi formano la struttura a "ciambella" a lungo teorizzata:(1) un disco di gas molecolare freddo denso in caduta, (2) gas atomico caldo in uscita, e (3) gas che ritorna al disco. Attestazione:NAOJ
"I precedenti modelli teorici stabilivano ipotesi a priori di ciambelle rigide, " spiega Keiichi Wada, un teorico dell'Università di Kagoshima in Giappone, che guida lo studio di simulazione ed è un membro del gruppo di ricerca. "Piuttosto che partire da ipotesi, la nostra simulazione è partita dalle equazioni fisiche e ha mostrato per la prima volta che la circolazione del gas forma naturalmente una ciambella. La nostra simulazione può anche spiegare varie caratteristiche osservative del sistema".
"Studiando il movimento e la distribuzione sia del gas molecolare freddo che del gas atomico caldo con ALMA, abbiamo dimostrato l'origine della cosiddetta struttura a "ciambella" attorno ai buchi neri attivi, " disse Izumi. "Sulla base di questa scoperta, dobbiamo riscrivere i libri di testo di astronomia."
Sezione trasversale del gas attorno a un buco nero supermassiccio simulato con il supercomputer ATERUI di NAOJ. I diversi colori rappresentano la densità del gas, e le frecce mostrano il moto del gas. Mostra chiaramente i tre componenti gassosi che formano la struttura a "ciambella". Credito:Wada et al.
