Космическият телескоп Хъбъл откри черна дупка, която не би трябвало да съществува

Самите черните дупки са достатъчно тайнствени, а сега астрономите, използващи космическия телескоп Хъбъл, намериха неочакван тънък диск от материал, който се върти около супермасивна черна дупка в сърцето на великолепната спирална галактика NGC 3147, разположена на 130 милиона светлинни години.

Главоблъсканицата е, че дискът не трябва да е там, въз основа на настоящите астрономически познания и теории. Неочакваното присъствие на диск, който е толкова близо до черна дупка, предлага уникална възможност да се тества теорията на относителността на Алберт Айнщайн.

Общата теория на относителността описва гравитацията като крива на пространството и специалната относителност като връзка между времето и пространството.

„Никога не сме виждали ефекта от общата и специалната относителност във видимата светлина с тази голяма яснота“, казва Марко Киаберге от Европейската космическа агенция и Научния институт за космически телескопи към Университета „Джон Хопкинс“ в Балтимор, Мериленд. член на екипа, който е провел проучването с Хъбъл.

„Това е интригуващ поглед към диск, много близо до черна дупка, толкова близо, че скоростите и интензивността на гравитационното привличане засягат начина по който изглеждат фотоните на светлината“, добавя първият автор на изследването, Стефано Бианки от университета Рома Тре, в Рим, Италия.

„Не можем да разберем данните, освен ако не включим теориите на относителността.“

Черните дупки в определени типове галактики, като NGC 3147 са „недохранени“, защото няма достатъчно гравитационно уловени материали, които да ги хранят редовно. Така тънката мъгла на материала на диска се издува като поничка, вместо да се изравнява в диск с форма на палачинка. Ето защо е много озадачаващо защо в NGC 3147 има тънък диск, обгръщащ гладната черна дупка, която имитира много по-мощни дискове, намиращи се в изключително активни галактики с гигантски черни дупки.

„Мислехме, че това е най-добрият кандидат, за да потвърдим, че под определени светлинни нива акреционният диск вече не съществува“, обясни Ари Лаор от Технологичния институт на Technion-Israel в Хайфа, Израел. „Това, което видяхме обаче, беше нещо напълно неочаквано. Намерихме газ, който генерира движения, които можем да обясним само като продукт, който се върти на тънък диск, много близо до черната дупка.“

Астрономите първоначално избраха тази галактика, за да потвърдят приетите модели за активни галактики с по-ниска осветеност – тези с черни дупки, които са на оскъдна диета от материали. Моделите предричат, че акреционният диск се образува, когато обилните количества газ се уловят от силната гравитационна сила на черната дупка. Тази хваната материя излъчва много светлина, създавайки блестящ фар, наречен квазар, в случая на най-добре хранените черни дупки. След като по-малко материал се издърпа в диска, той започва да се разпада, става по-слаб и променя структурата си.

„Типът диск, който виждаме, е намален квазар, който не очаквахме че въобще съществува“, казва Бианки. „Това е един и същ тип диск, който виждаме в обекти, които са 1000 или дори 100 000 пъти по-светли. Предсказанията на настоящите модели за газови динамики в много слаби активни галактики очевидно се провалят.“

Дискът е толкова дълбоко вграден в интензивното гравитационно поле на черната дупка, че светлината от газовия диск е модифицирана, според теориите на относителността на Айнщайн, което дава на астрономите уникален поглед към динамичните процеси, близко до черната дупка.

Хъбъл показа, че материалът, който се върти около черната дупка, се движи с повече от 10% от скоростта на светлината. При тези екстремни скорости газът изглежда по-светъл, като пътува към Земята от едната страна и се затъмнява, като се отдалечава от нашата планета (ефект, наречен релативистичен лъч). Наблюденията на Хъбъл също показват, че газът е толкова укрепен в гравитационния кладенец, че светлината се бори да се изкачи, и следователно изглежда, че е разтегната до по-червени дължини на вълните. Масата на черната дупка е около 250 милиона слънца.

Изследователите са използвали спектрографа на космическия телескоп Хъбъл (STIS), за да наблюдават материята, която се върти дълбоко в диска. Спектрографът е диагностичен инструмент, който разделя светлината от обекта на много отделни дължини на вълната, за да определи неговата скорост, температура и други характеристики при много висока точност. Астрономите се нуждаят от острата резолюция на STIS, за да изолират слабата светлина от района на черните дупки и да блокират замърсяващата светлина от звездите в галактиката.

„Без Хъбъл не бихме могли да видим това, защото регионът на черната дупка има ниска осветеност“, казва Чиабърге. „Светлините на звездите в галактиката засенчват всичко в ядрото. Така че, ако го наблюдавате от Земята, вие сте доминирани от яркостта на звездите, която удавя слабата емисия от ядрото.“

Екипът се надява да използва Хъбъл, за да търси и други много компактни дискове около черни дупки с ниска мощност в подобни галактики.

Изследването на екипа се появи онлайн в изданието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.