Дискът с черна дупка, който не трябва да съществува

Вляво, космически телескоп Хъбъл на спиралната галактика NGC 3147, разположен на 130 милиона светлинни години в посока на северното съзвездие Драко. Точно, илюстрация на художник на свръхмасивната черна дупка, намираща се в ядрото на галактиката. Тази чудовищна черна дупка тежи около 250 милиона пъти повече от масата на нашето слънце. И все пак черната дупка на NGC 3147 е сравнително спокойна и астрономите не очакваха да намерят тънък диск. Изображение чрез NASA (изображение на Хъбъл: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor и M. Chiaberge. Илюстрация: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).

Астрономите, използващи космическия телескоп „Хъбъл“, казаха по-рано този месец, че са открили тънък диск от материал, който не бива да има там, въртящ се около свръхмасивна черна дупка в сърцето на спирална галактика на около 130 милиона светлинни години. Астрономите не са очаквали да видят диск около черната дупка в центъра на галактика NGC 3147. Смята се, че тази галактика съдържа чудесен пример за тиха свръхмасивна черна дупка, която не се „храни“ с огромни количества вихър на материал в него от придружаващ диск. И все пак, видимо, дискът съществува. Прилича на същия вид диск, който - в случай на добре захранени черни дупки в други галактики - е видян да произвежда блестящ маяк, наречен квазар. Но тук няма квазар. Централната черна дупка е тиха. И така ... мистерия!

Първият автор на изследването Стефано Бианки от Università degli Studi Roma Tre в Рим, Италия (@astrobianchi в Twitter), казва в изявление:

Типът диск, който виждаме, е намален квазар, който не очаквахме да съществува. Това е същия тип диск, който виждаме в обекти, които са 1000 или дори 100 000 пъти по-светещи. Прогнозите на настоящите модели за динамика на газа в много слаби активни галактики очевидно се провалиха.

И все пак екипът е въодушевен от това откритие. Това им дава шанс да изследват по-задълбочено физиката на черните дупки и техните дискове. Плюс това, казаха те, черната дупка и нейният диск предлагат:

... уникална възможност за тестване на теориите за относителността на Алберт Айнщайн. Общата относителност описва гравитацията като кривината на пространството, а специалната относителност описва връзката между времето и пространството.

Документът на екипа е публикуван на 11 юли 2019 г. в рецензираното списание „ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ .

Защо астрономите не очакваха този диск с черна дупка? Не са ли черни дупки обикновено заобиколени от дискове като този? Не точно. Централните свръхмасивни черни дупки в галактики като NGC 3147 изглеждат за астрономите „недохранени“. Това се смята, защото няма достатъчно гравитационно заснети материали, които да ги хранят редовно. НАСА обясни:

И така, тънката мъгла от падащ материал се надува като поничка, вместо да се сплеска в диск с форма на палачинка. Следователно е много озадачаващо защо има тънък диск, обграждащ гладна черна дупка в NGC 3147, който имитира много по-мощни дискове, намиращи се в изключително активни галактики с натъпкани чудовищни ​​черни дупки.

Първоначално астрономите са избрали тази галактика, за да валидират приетите модели, обясняващи галактики като NGC 3147, тези с черни дупки на оскъдна диета от материал. Един от астрономите, участвали в проучването - Ари Лаор от Технион-Израелския технологичен институт, разположен в Хайфа, Израел, коментира в изявление:

Смятахме, че това е най-добрият кандидат, който потвърждава, че под определени светимости дискът за натрупване вече не съществува. Това, което видяхме, беше нещо напълно неочаквано. Установихме, че газът в движение произвежда функции, които можем да обясним само като произведен от материал, въртящ се в тънък диск, много близо до черната дупка.

Концепцията на художника за диска с черни дупки около галактика NGC 3147. Наблюденията на космическия телескоп на Хъбъл върху черната дупка демонстрират 2 от теориите на относителността на Айнщайн. Изображение чрез НАСА.

Тези астрономи казаха, че тази галактика, нейната черна дупка и тайнственият й диск им дават възможност да използват теориите на относителността на Айнщайн на теорията на относителността за изследване на динамичните процеси в близост до черна дупка. Смята се, че масата на черната дупка е около 250 милиона слънца; това е за разлика от 4 милиона слънца за тихата централна черна дупка в центъра на нашата собствена галактика Млечен път. Бианки каза:

Това е интригуващ поглед към диск, много близо до черна дупка, толкова близо, че скоростите и интензитетът на гравитационното дърпане влияят върху това как изглеждат фотоните на светлината. Не можем да разберем данните, ако не включим теориите за относителността.

На илюстрацията по-горе червеникавожълтите черти, завъртащи се около черната дупка, представляват сиянието на светлината от газ, хванат от мощната гравитация на дупката. Материалът на Хъбъл се въртеше около черната дупка като се движи с повече от 10 процента от скоростта на светлината. НАСА обясни:

Черната дупка е вградена дълбоко в гравитационното й поле, показано със зелената решетка, която илюстрира изкривено пространство. Гравитационното поле е толкова силно, че светлината се мъчи да излезе навън, принцип, описан в теорията на Айнщайн за обща относителност. Материалът също се размахва толкова бързо около черната дупка, че се изсветлява, когато се приближава до Земята от едната страна на диска и става по-блед, докато се отдалечава. Този ефект, наречен релативистичен лъч, е предсказан от теорията на Айнщайн за специална относителност.

Членът на отбора Марко Чиаберге коментира:

Никога не сме виждали ефектите както на общата, така и на специалната относителност при видима светлина с толкова голяма яснота.

Долен ред: Астрономите не очакваха да видят тънък диск около свръхмасивната черна дупка в центъра на галактика NGC 3147. Казаха, че откритието им помага да проучат физиката на черните дупки и техните дискове. Съответните скорости и интензивността на гравитационното издърпване на самата дупка изискват теориите за относителност на Айнщайн, за да разберат какво се случва в тази далечна система на разстояние от 130 милиона светлинни години.

Източник: HST разкрива компактен, слабо релативистичен широколентов регион в кандидат-истинския тип 2 NGC 3147

Чрез НАСА