De Hubble rymdteleskop är som en gammal hund som ständigt lär astronomiska samhället nya knep. Under sina nästan trettio år i drift har den avslöjat viktiga uppgifter om universums expansion, dess ålder, Vintergatan, supermassiva svarta hål (SMBH), andra stjärnsystem och exoplaneter och solsystemets planeter .
Senast gjorde ett internationellt team av forskare som använder Hubble en upptäckt som inte bara var fascinerande utan helt oväntade. I hjärtat av spiralgalaxen NGC 3147 såg de en virvlande tunn skiva med gas som var prekär nära ett bakre hål som är cirka 250 miljoner solmassor. Fyndet var en fullständig överraskning eftersom det svarta hålet ansågs vara för litet för att ha en sådan struktur runt det.
NGC 3147 ligger ungefär 130 miljoner ljusår från jorden och är en spiralgalax med en relativt liten SMBH i sin kärna. De saker
Som Stefano Bianchi - en forskare från Università
”Det här är en spännande titt på en skiva som är mycket nära ett svart hål, så nära att hastigheterna och gravitationsdragens intensitet påverkar hur ljusets fotoner ser ut. Vi kan inte förstå uppgifterna om vi inte inkluderar relativitetsteorier. ”
I mindre galaxer som NGC 3147 ska det inte finnas tillräckligt med gravitationsfångat material för att mata sina SMBHs regelbundet - vilket effektivt gör dem till "undernärda svarta hål". Som sådan kommer den lilla mängden infalling material som de konsumerar sannolikt att blåsa upp och bilda en munkformad torus, snarare än att plattas ut i en tunn skiva.
Det var därför ganska förvånande att se en skiva som omger det svarta hålet i NGC 3147 som liknar de kraftfullare som finns runt mycket större SMBH i mitten av extremt aktiva galaxer. Som Ari Laor från Technion-Israel Institute of Technology förklarade:
"Vi trodde att det här var den bästa kandidaten som bekräftade att under vissa ljusstyrkor existerar inte ackretionsskivan längre. Det vi såg var något helt oväntat. Vi hittade gas i rörelse som producerar funktioner som vi bara kan förklara som producerade av material som roterar i en tunn skiva mycket nära det svarta hålet. ”
Dessa observationer var särskilt överraskande eftersom forskarteamet ursprungligen valde NGC 3147 för att validera accepterade modeller av galaxer. Dessa modeller förutspår att ackretionsskivor bildas när gas fångas av en gravitationsdragning från SMBH. När skivorna får fart från det svarta hålets rotationshastighet börjar de ge ut intensivt ljus, vilket ger en ljus kärna som kallas en kvasar.
Men när mindre material dras in i skivan börjar det gå sönder och blir svagare. När teamet tittade på NGC 3147 förväntade de sig att se en aktiv galax med lägre ljusstyrka med ett undernärat svart hål. Som Bianchi förklarade:
”Den typ av skiva vi ser är en nedskalad kvasar som vi inte förväntade oss att existera. Det är samma typ av skiva som vi ser i objekt som är 1 000 eller till och med 100 000 gånger mer lysande. Förutsägelserna om nuvarande modeller för gasdynamik i mycket svaga aktiva galaxer misslyckades helt klart. ”
Som nämnts, eftersom skivan är så djupt inbäddad i det svarta hålets intensiva tyngdfält, modifieras ljuset från gasskivan i enlighet med Einsteins teori om allmän relativitet. Denna teori beskriver hur rymdtidens krökning förändras i närvaro av ett gravitationsfält, vilket till och med kan påverka ljusets beteende (vilket beskrivs av Einsteins teori om speciell relativitet).
Baserat på deras observationer med Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), bestämde teamet att materialet på disken rör sig med mer än 10% ljusets hastighet. Vid dessa extrema hastigheter verkade materialet på skivan bli ljusare när det färdades mot jorden på ena sidan och dimmade när det gick bort på den andra (en effekt känd som relativistisk strålning).
Observationerna från Hubble visade också att gasen är så inbäddad i det svarta hålets gravitationsbrunn att ljusets våglängd sträcks, vilket gör att det verkar rödare. Tack vare STIS: s skarpa upplösning kunde teamet isolera det svaga ljuset som kommer från det svarta hålområdet och blockera förorenande ljus. Som Chiaberge sa:
”Utan Hubble skulle vi inte ha kunnat se detta eftersom den svarta hålregionen har en låg ljusstyrka. Ljusstjärnorna i stjärnorna i galaxen överträffar allt i kärnan. Så om du observerar det från marken, domineras du av stjärnornas ljusstyrka, som drunker det svaga utsläppet från kärnan. "
Teamet hoppas kunna bygga vidare på denna senaste upptäckt genom att använda Hubble för att jaga efter liknande kompaktskivor runt svarta hål med låg ljusstyrka. Om de är framgångsrika kommer de resulterande upptäckterna att ge astronomer ytterligare möjligheter att se relativitet i handling.
Studien som beskriver teamets observationer nyligen dök upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society.
