Astronomer forventede ikke at se en tynd disk omkring det supermassive sorte hul midt i galaksen NGC 3147, ca. 130 millioner lysår væk. De bruger Einsteins relativitetsteorier for at forstå de involverede hastigheder og intensiteten af det sorte huls træk.
Venstre, et Hubble-rumteleskopbillede af spiralgalaksen NGC 3147, beliggende 130 millioner lysår væk i retning af den nordlige stjernebilledet Draco. Til højre, en kunstners illustration af det supermassive sorte hul, der bor i galakseens kerne. Dette monster sorte hul vejer cirka 250 millioner gange massen af vores sol. Alligevel er NGC 3147s sorte hul relativt stille, og astronomer forventede ikke at finde en tynd disk. Billede via NASA (Hubble-billede: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor og M. Chiaberge. Illustration: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).
Astronomer, der bruger Hubble-rumteleskopet sagde tidligere i denne måned, at de har fundet en tynd disk med materiale, der ikke skulle være der, hvirvlende omkring et supermassivt sort hul i hjertet af en spiralgalakse omkring 130 millioner lysår væk. Astronomerne forventede ikke at se en disk omkring det sorte hul midt i galaksen NGC 3147. Denne galakse blev antaget at indeholde et godt eksempel på en roligt supermassivt sort hul, en der ikke "fodrede" med massive mængder materiale, der virvler ind i det fra en ledsagende disk. Alligevel findes tilsyneladende disken. Det ligner den samme slags disk, der - i tilfælde af velfødte sorte huller i andre galakser - har set at producere et strålende fyr, kaldet en kvasar. Men der er ingen kvasar her. Det centrale sorte hul er stille. Og så… et mysterium!
Undersøgelsens første forfatter, Stefano Bianchi fra Università degli Studi Roma Tre i Rom, Italien (@astrobianchi den), sagde i en erklæring:
Den type disk, vi ser, er en nedskaleret kvasar, som vi ikke forventede at eksistere. Det er den samme type disk, som vi ser i objekter, der er 1.000 eller endda 100.000 gange mere lysende. Forudsigelserne af aktuelle modeller for gasdynamik i meget svage aktive galakser mislykkedes klart.
Alligevel er teamet begejstret for denne opdagelse. Det giver dem en chance for at udforske fysik i sorte huller og deres diske mere grundigt. Plus, sagde de, det sorte hul og dets disk tilbud:
... en unik mulighed for at teste Albert Einsteins relativitetsteorier. Generel relativitet beskriver tyngdekraften som rumets krumning, og særlig relativitet beskriver forholdet mellem tid og rum.
Holdets papir blev offentliggjort 11. juli 2019 i den peer-reviewede tidsskrift Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society.
Hvorfor forventede ikke astronomerne denne disk med sort hul? Er der ikke sorte huller, der typisk er omgivet af diske som denne? Ikke nøjagtigt. Centrale supermassive sorte huller i galakser som NGC 3147 forekommer for astronomer som "underernærede." Det antages at være, fordi der ikke er nok gravitationsfanget materiale til at fodre dem regelmæssigt. NASA forklarede:
Så den tynde dis af infalling materiale opsuges som en donut snarere end at udflade i en pandekage-formet disk. Derfor er det meget forundrende, hvorfor der er en tynd disk, der omkranser et sultende sort hul i NGC 3147, der efterligner meget mere magtfulde diske, der findes i ekstremt aktive galakser med engorged, monster sorte huller.
Astronomerne valgte først denne galakse til validering af accepterede modeller, der forklarer galakser som NGC 3147, dem med sorte huller på en mager diæt med materiale. En af astronomerne, der var involveret i undersøgelsen - Ari Laor fra Technion-Israel Institute of Technology beliggende i Haifa, Israel - kommenterede i en erklæring:
Vi troede, at dette var den bedste kandidat til at bekræfte, at akkretionsdisken ikke eksisterer længere under visse lysstyrker. Hvad vi så var noget helt uventet. Vi fandt gas i bevægelse producerende funktioner, som vi kun kan forklare som produceret af materiale, der roterer i en tynd disk meget tæt på det sorte hul.
Kunstnerens koncept af det sorte huldisk omkring galaksen NGC 3147. Hubble-rumteleskopets observationer af det sorte hul demonstrerer 2 af Einsteins relativitetsteorier. Billede via NASA.
Disse astronomer sagde, at denne galakse, dens sorte hul og sin mystiske disk giver dem en mulighed for at bruge Einsteins relativitetsteorier til at udforske de dynamiske processer tæt på et sort hul. Det sorte huls masse antages at være omkring 250 millioner solskin; det er i modsætning til 4 millioner solskin til det rolige centrale sorte hul i midten af vores egen Mælkevejen. Bianchi sagde:
Dette er et spændende kig på en disk meget tæt på et sort hul, så tæt, at hastighederne og intensiteten af tyngdekraften påvirker, hvordan lysets fotoner ser ud. Vi kan ikke forstå dataene, medmindre vi inkluderer relativitetsteorier.
På illustrationen ovenfor repræsenterer de rødligt gule træk, der hvirvler rundt om det sorte hul, lysglødet fra gas, der er fanget af hullets kraftige tyngdekraft. Hubble uret materiale hvirvlende rundt om det sorte hul og bevægede sig med mere end 10 procent af lysets hastighed. NASA forklarede:
Det sorte hul er indlejret dybt inden i dets tyngdefelt, vist af det grønne gitter, der illustrerer skæv plads. Tyngdefeltet er så stærkt, at lys kæmper for at klatre ud, et princip beskrevet i Einsteins teori om generel relativitet. Materiale piskes også så hurtigt omkring det sorte hul, at det lyser, når det nærmer sig Jorden på den ene side af disken og bliver svagere, når det bevæger sig væk. Denne effekt, kaldet relativistisk stråling, blev forudsagt af Einsteins teori om særlig relativitet.
Teammedlem Marco Chiaberge kommenterede:
Vi har aldrig set effekten af både generel og særlig relativitet i synligt lys med så meget klarhed.
Nederste linje: Astronomer forventede ikke at se en tynd disk omkring det supermassive sorte hul midt i galaksen NGC 3147. De sagde, at opdagelsen hjælper dem med at undersøge fysikken i sorte huller og diske. De involverede hastigheder og intensiteten af selve tyngdepunktets træk kræver Einsteins relativitetsteorier for at forstå, hvad der sker i dette fjerne system, 130 millioner lysår væk.