The Kosmiczny teleskop Hubble jest jak stary pies, który nieustannie uczy społeczności astronomicznej nowych sztuczek. W ciągu prawie trzydziestu lat swojej działalności ujawnił istotne dane dotyczące ekspansji Wszechświata, jego wieku, Drogi Mlecznej, supermasywnych czarnych dziur (SMBH), innych układów gwiezdnych i egzoplanet oraz planet Układu Słonecznego .
Ostatnio międzynarodowy zespół badaczy korzystających z Hubble'a dokonał odkrycia, które było nie tylko fascynujące, ale całkowicie nieoczekiwane. W sercu galaktyki spiralnej NGC 3147 dostrzegli wirujący, cienki dysk gazu, który znajdował się niebezpiecznie blisko tylnej dziury o masie około 250 milionów mas Słońca. Odkrycie było całkowitą niespodzianką, ponieważ czarna dziura została uznana za zbyt małą, aby mieć wokół niej taką strukturę.
Położona około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi, NGC 3147 jest galaktyką spiralną ze stosunkowo małym SMBH w rdzeniu. Rzeczy
Jako Stefano Bianchi - badacz z Università
„To intrygujące spojrzenie na dysk bardzo blisko czarnej dziury, tak blisko, że prędkości i intensywność przyciągania grawitacyjnego wpływają na wygląd fotonów światła. Nie możemy zrozumieć danych, jeśli nie uwzględnimy teorii względności. ”
W mniejszych galaktykach, takich jak NGC 3147, nie powinno być wystarczającej ilości materiału przechwyconego grawitacyjnie, aby regularnie karmić ich SMBH - skutecznie czyniąc je „niedożywionymi czarnymi dziurami”. W związku z tym niewielka ilość zużywanego przez nich materiału infalującego prawdopodobnie będzie się napompowywać i tworzyć torus w kształcie pączka, zamiast spłaszczać się w cienki dysk.
Dlatego raczej zaskakujące było ujrzenie dysku otaczającego czarną dziurę w NGC 3147, który przypomina mocniejsze znalezione wokół znacznie większych SMBH w centrum niezwykle aktywnych galaktyk. Jak wyjaśnił Ari Laor z Technion-Israel Institute of Technology:
„Pomyśleliśmy, że to najlepszy kandydat do potwierdzenia, że poniżej pewnych jasności dysk akrecyjny już nie istnieje. To, co zobaczyliśmy, było czymś zupełnie nieoczekiwanym. Znaleźliśmy cechy wytwarzające gaz w ruchu, które możemy wyjaśnić jedynie jako wytwarzane przez materiał obracający się w cienkim dysku bardzo blisko czarnej dziury. ”
Obserwacje te były szczególnie zaskakujące, ponieważ zespół badawczy początkowo wybrał NGC 3147 do walidacji przyjętych modeli galaktyk. Modele te przewidują, że dyski akrecyjne powstają, gdy gaz jest uwięziony przez przyciąganie grawitacyjne SMBH. Gdy dyski zyskują prędkość z prędkości rotatonalnej czarnej dziury, zaczynają emitować intensywne światło, wytwarzając jasne jądro znane jako kwazar.
Jednak gdy mniej materiału zostanie wciągnięte do dysku, zaczyna się on rozkładać i staje się słabszy. Kiedy zespół spojrzał na NGC 3147, spodziewali się ujrzenia aktywnej galaktyki o niższej jasności z niedożywioną czarną dziurą. Jak wyjaśnił Bianchi:
„Typ dysku, który widzimy, to pomniejszony kwazar, którego nie oczekiwaliśmy. Jest to ten sam typ dysku, który widzimy w obiektach, które mają 1000, a nawet 100 000 razy więcej światła. Prognozy obecnych modeli dynamiki gazu w bardzo słabych galaktykach aktywnych wyraźnie zawiodły. ”
Jak zauważono, ponieważ dysk jest tak głęboko osadzony w intensywnym polu grawitacyjnym czarnej dziury, światło z dysku gazowego jest modyfikowane zgodnie z teorią ogólnej teorii względności Einsteina. Teoria ta opisuje, w jaki sposób krzywizna czasoprzestrzeni zmienia się w obecności pola grawitacyjnego, co może nawet wpływać na zachowanie światła (co opisano w teorii szczególnej teorii względności Einsteina).
Na podstawie swoich obserwacji z wykorzystaniem spektrografu obrazowania teleskopu kosmicznego Hubble'a (STIS) zespół ustalił, że materiał w dysku porusza się z prędkością większą niż 10% prędkości światła. Przy tych ekstremalnych prędkościach materiał w dysku wydawał się rozjaśniać, gdy przemieszczał się w kierunku Ziemi z jednej strony, a ściemniał, gdy oddalał się z drugiej (efekt znany jako promienie relatywistyczne).
Obserwacje Hubble'a wykazały również, że gaz jest tak osadzony w studni grawitacyjnej czarnej dziury, że długość fali światła jest rozciągana, przez co wydaje się bardziej czerwona. Dzięki ostrej rozdzielczości STIS zespół był w stanie odizolować słabe światło pochodzące z regionu czarnej dziury i zablokować światło zanieczyszczające. Jak powiedział Chiaberge:
„Bez Hubble'a nie bylibyśmy w stanie tego zobaczyć, ponieważ obszar czarnej dziury ma niską jasność. Jasności gwiazd w galaktyce przyćmią wszystko w jądrze. Jeśli więc obserwujesz to z ziemi, dominuje jasność gwiazd, która zagłusza słabą emisję z jądra ”.
Zespół ma nadzieję, że wykorzysta to najnowsze odkrycie, używając Hubble'a do poszukiwania podobnych dysków kompaktowych wokół czarnych dziur o niskiej jasności. Jeśli się powiedzie, uzyskane w ten sposób odkrycia zapewnią astronomom dodatkowe możliwości spojrzenia na względność w akcji.
Badanie, które opisuje obserwacje zespołu, pojawiło się niedawno w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society.
