Wissenschaftler haben lange Zeit gedacht, dass sich die von schwarzen Löchern gesaugte Materie um sie herum aufbaut und eine donutartige Struktur bildet. Die Ergebnisse einer neuen Studie stellen diese Idee jedoch in Frage.

Gasringe um schwarze Löcher herum sind keine starren Donut-ähnlichen Strukturen.
Computersimulationen und Beobachtungen des ALMA-Observatoriums in der chilenischen Atacama-Wüste haben gezeigt, dass die Gasringe, die aktive supermassive schwarze Löcher umgeben, keine einfachen Donutformen sind.

Astronomen fanden stattdessen heraus, dass das aus dem Zentrum der Schwarzen Löcher ausgestoßene Gas mit dem einströmenden Gas interagiert und ein dynamisches Zirkulationsmuster erzeugt, das an Wasserfontänen erinnert.

Takuma Izumi vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) und Kollegen beobachteten mit ALMA ein supermassives Schwarzes Loch in der Circinus Galaxy, die etwa 14 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Sie benutzten auch den Supercomputer Cray XC30 ATERUI von NAOJ, um Gas zu simulieren, das auf ein Schwarzes Loch fällt.

Nach dem Vergleich der Beobachtungen von ALMA und der Computersimulationen fanden die Forscher heraus, dass die mutmaßliche Donutform von Schwarzen Löchern eigentlich keine starre Struktur ist, sondern eine komplexe Sammlung von hochdynamischen Gaskomponenten.

“Durch Vergleiche mit unseren Modellvorhersagen, die auf dem strahlungsgetriebenen Brunnenschema basieren, zeigen wir, dass Atomabflüsse der Treiber für die geometrische Dicke der Atomscheibe sind”, schrieben Izumi und Kollegen in ihrer Studie, die am 30. Oktober im The Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.

Ähnelt Wasserfontänen
Wenn kaltes molekulares Gas in Richtung des schwarzen Lochs fällt, bildet es eine Scheibe in der Nähe der Rotationsebene. Das Gas wird dann erwärmt, wenn es sich dem schwarzen Loch nähert, wodurch die Moleküle in Atome und Ionen zerfallen.

Anstatt von den schwarzen Löchern absorbiert zu werden, werden einige der Atome über und unter der Scheibe ausgestoßen. Das heiße Atomgas fällt ebenfalls auf die Scheibe zurück, um eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen, die kontinuierlich zirkuliert, ähnlich wie eine Wasserfontäne in einem Stadtpark.

“Frühere theoretische Modelle setzten a priori Annahmen über starre Donuts”, sagte der Studienforscher Keiichi Wada von der Kagoshima University in Japan, der die Simulationsstudie leitete.

“Anstatt von Annahmen auszugehen, ging unsere Simulation von den physikalischen Gleichungen aus und zeigte zum ersten Mal, dass der Gaskreislauf natürlich einen Donut bildet.”