Jakby czarne dziury nie były wystarczająco tajemnicze, astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a znaleźli nieoczekiwany cienki dysk materii wirujący wokół supermasywnej czarnej dziury w sercu wspaniałej galaktyki spiralnej NGC 3147, znajdującej się 130 milionów lat świetlnych stąd.
Problem polega na tym, że, według aktualnych teorii astronomicznych dysku nie powinno tam być. Jednak jego nieoczekiwana obecność tak blisko czarnej dziury daje wyjątkową okazję do przetestowania teorii względności Einsteina. Ogólna teoria względności opisuje grawitację jako krzywiznę przestrzeni, a szczególna teoria opisuje związek między czasem a przestrzenią.
Czarne dziury w niektórych typach galaktyk, takich jak NGC 3147, są „niedożywione”, ponieważ nie dysponują wystarczającą ilością przechwyconej grawitacyjnie materii, aby się regularnie karmić. Tak więc, cienka mgiełka opadającej materii unosi się jak pączek, a nie spłaszcza się w postaci dysku. Dlatego bardzo zastanawiające jest, dlaczego istnieje cienki dysk otaczający wygłodniałą czarną dziurę w NGC 3147, który naśladuje znacznie potężniejsze dyski znalezione w niezwykle aktywnych galaktykach z pożerającymi materię potwornymi czarnymi dziurami.
Astronomowie początkowo wybrali tę galaktykę do testowania modeli aktywnych galaktyk o niższej jasności – tych z czarnymi dziurami, które są ubogie w dietę z materii. Modele przewidują, że dysk akrecyjny powstaje, gdy duże ilości gazu są uwięzione przez silne przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury. W przypadku najlepiej odżywionych czarnych dziur ta opadająca materia emituje dużo światła, tworząc jasny sygnał, zwany kwazarem. Po wciągnięciu mniejszej ilości materii na dysk zaczyna się on załamywać, staje się słabszy i zmienia strukturę.
Dysk jest tak głęboko osadzony w intensywnym polu grawitacyjnym czarnej dziury, że światło z dysku gazowego jest modyfikowane, zgodnie z teoriami względności Einsteina, dając astronomom unikalne spojrzenie na procesy dynamiczne w pobliżu czarnej dziury.
Hubble obliczył prędkość materii rotującej wokół czarnej dziury na większą niż 10% prędkości światła. Przy tych ekstremalnych prędkościach gaz wydaje się rozjaśniać, gdy porusza się w stronę Ziemi, i przyciemniać, gdy się od niej oddala. Obserwacje Hubble’a pokazują również, że gaz jest tak mocno zakorzeniony w studni grawitacyjnej, że światło usiłuje się wydostać, a zatem wydaje się rozciągnięte w kierunku czerwonej długości fali. Masa tej czarnej dziury wynosi ok. 250 milionów Słońc.
Naukowcy wykorzystali instrument STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), będący częścią Hubble’a, do obserwacji materii wirującej głęboko w dysku. Spektrograf to narzędzie diagnostyczne, które dzieli światło z obiektu na wiele indywidualnych długości fali, aby określić jego prędkość, temperaturę i inne właściwości z bardzo dużą precyzją. Astronomowie potrzebowali ostrej rozdzielczości STIS, aby wyizolować słabe światło z obszaru czarnych dziur i zablokować zanieczyszczające światło gwiazd.
Zespół ma nadzieję wykorzystać Hubble’a do polowania na inne bardzo kompaktowe dyski wokół czarnych dziur o niskiej mocy w podobnych aktywnych galaktykach.
Więcej:
Hubble Uncovers Black Hole Disk that Shouldn't Exist
HST unveils a compact mildly relativistic broad-line region in the candidate true type 2 NGC 3147
Źródło: NASA
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Po lewej – zdjęcie NGC 3147. Po prawej – wizja artystyczna supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w jej jądrze. Źródło: Zdjęcie – NASA, ESA, S. Bianchi (Università degli Studi Roma Tre University), A. Laor (Technion-Israel Institute of Technology) oraz M. Chiaberge (ESA, STScI, and JHU); Ilustracja – NASA, ESA oraz A. Feild and L. Hustak (STScI)
