通过计算机模拟和阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的新观测，研究人员发现，活跃的超大质量黑洞周围的气体环并不是简单的环形。相反从中心排出的气体与下落的气体相互作用，形成一个动态的循环模式，类似于城市公园的喷泉。大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞，其质量是太阳的数百万或数十亿倍。其中一些黑洞非常活跃地吞噬物质。但天文学家认为，物质不是直接落入黑洞，而是在活跃的黑洞周围聚集，形成一个环状结构。日本国家天文台(NAOJ)的研究员Takuma Izumi领导了一个天文学家团队
阿尔玛图像的气体周围的超大质量黑洞在中心的环状星系，CO分子气体和C原子气体的分布分别用橙色和青色表示。图片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Izumi et al.
博科园-科学科普：他们利用ALMA观测了位于离地球1400万光年的环状星系中的超大质量黑洞。研究小组随后将他们的观测结果与计算机模拟的气体坠入黑洞的过程进行了比较，该模拟是由NAOJ公司的Cray XC30 ATERUI超级计算机完成。
这种比较表明，假定的“甜甜圈”实际上并不是一个刚性结构，而是一个高度动态的气体组分的复杂集合。首先向黑洞下落的冷分子气体在旋转平面附近形成一个圆盘。当它接近黑洞时，气体被加热，直到分子分解成组成原子和离子。这些原子中的一些会在圆盘的上方和下方被排出，而不是被黑洞吸收。
这是一幅艺术家对环状星系中心超大质量黑洞周围气体运动的描绘，这三种气体成分构成了长期理论化的“甜甜圈”结构:(1)一个由进入的致密冷分子气体组成的圆盘，(2)流出的热原子气体，以及(3)返回圆盘的气体。图片：NAOJ
这种高温原子气体落回到圆盘上，形成了一个湍流的三维结构。这三个部件不断循环，就像城市公园里的喷泉。日本鹿岛大学(Kagoshima University)的理论学者和田圭一(Keiichi Wada)解释说：以前的理论模型设定了刚性甜甜圈的先验假设，模拟并非从假设出发，而是从物理方程出发，首次表明气体环流自然形成一个甜甜圈，模拟还可以解释该系统的各种观测特征。通过研究ALMA冷分子气体和热原子气体的运动和分布，证明了活跃黑洞周围所谓‘甜甜圈’结构的起源，基于这个发现，我们需要重写天文学教科书。
用NAOJ的超级计算机ATERUI模拟了一个超大质量黑洞周围气体的横截面，不同的颜色代表气体的密度，箭头代表气体的运动。它清楚地显示了形成“甜甜圈”结构的三种气体成分。图片：Wada et al.
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《天体物理学》
研究/来自：日本国家天文台
DOI: 10.3847/1538-4357/aae20b
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