Το δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων ALMA αποκαλύπτει ότι τα «ντόνατς» των μαύρων οπών είναι στην πραγματικότητα «σιντριβάνια»

Με βάση τις προσομοιώσεις υπολογιστών και τις νέες παρατηρήσεις από το δίκτυο  66 τηλεσκόπιων στη Χιλή, ALMA, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι δακτύλιοι του αερίου που περιβάλλουν τις ενεργές υπερβαρέες μαύρες τρύπες δεν είναι απλά σχήματα ντόνατς. Αντίθετα το αέριο που εκτοξεύεται από το κέντρο αλληλεπιδρά με το αέριο που πέφτει μέσα για να δημιουργήσει ένα δυναμικό μοτίβο κυκλοφορίας, παρόμοιο με ένα σιντριβάνι νερού σε ένα πάρκο, εκτοξεύοντας το αέριο που τις περιβάλλει.

 

Καλλιτεχνική άποψη για την κίνηση του αερίου γύρω από την υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία Διαβήτης. Τα τρία αέρια συστατικά αποτελούν τη δομή ντόνατς είναι:
(1) ένας δίσκος πυκνού ψυχρού μοριακού αερίου, (2) εκτοξευόμενο θερμό ατομικό αέριο και (3) αέριο που επιστρέφει στον δίσκο.

Οι περισσότεροι γαλαξίες φιλοξενούν μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα, εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, στα κέντρα τους. Μερικές από αυτές τις μαύρες τρύπες καταπίνουν υλικό αρκετά ενεργά. Αλλά οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αντί να πέφτουν απευθείας μέσα στη μαύρη τρύπα, η ύλη αντίθετα συσσωρεύεται γύρω από την ενεργή μαύρη τρύπα σχηματίζοντας έτσι μια δομή ντόνατς, όμως μάλλον τώρα βρίσκουν ότι προσιδιάζει περισσότερο σε γιγαντιαία τρισδιάστατα σιντριβάνια που εκπέμπουν το αέριο που τα περιβάλλει.

 

Ο Takuma Izumi, ερευνητής στο Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας (NAOJ), οδήγησε μια ομάδα αστρονόμων που χρησιμοποίησαν την ALMA για να παρατηρήσουν την υπερβαρέα μαύρη τρύπα στον γαλαξία Διαβήτης, που βρίσκεται 14 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη προς την κατεύθυνση του ομώνυμου αστερισμού. Στη συνέχεια η ομάδα συνέκρινε τις παρατηρήσεις τους με μια προσομοίωση του αέριου που πέφτει προς μια μαύρη τρύπα από τον υπερυπολογιστή Cray XC30 ATERUI που λειτουργεί από το NAOJ.

 

 Η εικόνα του αερίου γύρω από την υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία Διαβήτης (Circinus). Οι κατανομές του μοριακού αερίου CO και ατομικού αερίου C φαίνονται σε πορτοκαλί και κυανό χρώμα, αντίστοιχα. 

 

Η σύγκριση αυτή αποκάλυψε ότι το «ντόνατς» δεν είναι στην πραγματικότητα μια άκαμπτη δομή, αλλά μια πολύπλοκη συλλογή από εξαιρετικά δυναμικά αέρια συστατικά. Πρώτον, το ψυχρό μοριακό αέριο που πέφτει προς τη μαύρη τρύπα σχηματίζει ένα δίσκο κοντά στο επίπεδο περιστροφής. Καθώς πλησιάζει τη μαύρη τρύπα, το αέριο αυτό θερμαίνεται μέχρι τα μόρια να διασπαστούν στα συστατικά τους άτομα και ιόντα. Ορισμένα από αυτά τα άτομα εκδιώχθηκαν έπειτα πάνω και κάτω από το δίσκο, αντί να απορροφηθούν από τη μαύρη τρύπα. Αυτό το θερμό ατομικό αέριο πέφτει πίσω στο δίσκο δημιουργώντας μια τυρβώδη τρισδιάστατη δομή. Αυτά τα τρία στοιχεία κυκλοφορούν συνεχώς, παρόμοια με ένα τρισδιάστατο συντριβάνι. 

 

Παρέχοντας μία σύντομη εξήγηση για τα αποτελέσματα των νέων ερευνών, ο καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Kagoshima, Keiichi Wada, ανέφερε πως «τα προηγούμενα επιστημονικά μοντέλα θεωρούσαν τις μαύρες τρύπες ως ντόνατς. Αντί να ξεκινάμε από υποθέσεις, η προσομοίωση μας ξεκίνησε από τις φυσικές εξισώσεις και έδειξε για πρώτη φορά ότι η κυκλοφορία αερίου σχηματίζει με φυσικό τρόπο ένα ντόνατ». Επιπρόσθετα, επεσήμανε πως «με τη διερεύνηση της κίνησης και της κατανομής τόσο του ψυχρού μοριακού αερίου όσο και του θερμού ατομικού αερίου με την ALMA, αποδείξαμε την προέλευση της λεγόμενης δομής» ντόνατς «γύρω από τις ενεργές μαύρες τρύπες».

 

Τέλος, ο καθηγητής σημείωσε πως αυτή η ανακάλυψη ουσιαστικά «θα ξαναγράψει τα εγχειρίδια της αστρονομίας».