TheVesoljski teleskop Hubbleje kot star pes, ki astronomsko skupnost nenehno uči novih trikov. V skoraj tridesetih letih delovanja je razkrila pomembne podatke o širjenju vesolja, njegovi starosti, Rimski cesti, supermasivnih črnih luknjah (SMBH), drugih zvezdnih sistemih in eksoplanetih ter planetih Osončja. .
Pred kratkim je mednarodna skupina raziskovalcev uporabljala Hubble naredil odkritje to ni bilo le fascinantno, ampak povsem nepričakovano. V središču spiralne galaksije NGC 3147 so opazili vrtinčen tanek plinski disk, ki je bil negotovo blizu zadnje luknje, ki ima približno 250 milijonov sončnih mas. Najdba je bila popolno presenečenje, saj je črna luknja veljala za premajhno, da bi imela takšno strukturo okoli sebe.
NGC 3147, ki se nahaja približno 130 milijonov svetlobnih let od Zemlje, je spiralna galaksija z relativno majhnim SMBH v jedru. Stvar je v tem, da po trenutnih astronomskih teorijah črna luknja te velikosti ne bi smela imeti diska, ki kroži okoli nje. Ker pa disk kroži tako blizu Obzorje dogodkov tega SMBH, predstavlja astronomom priložnost, da preizkusijo Einsteinove teorije obeh Posebna in splošna relativnost .
Umetnikov vtis o poti zvezde S2, ko poteka zelo blizu supermasivne črne luknje v središču Rimske ceste. Zasluge: ESO/M. Kornmesser
Kot je Stefano Bianchi – raziskovalec z Università degli Studi Roma Tre in glavni avtor študije – pojasnil v nedavnem Nasinem Hubblu izjava za javnost :
'To je zanimiv pogled na disk zelo blizu črne luknje, tako blizu, da hitrost in intenzivnost gravitacijskega vlečenja vplivata na to, kako izgledajo fotoni svetlobe. Podatkov ne moremo razumeti, če ne vključimo teorije relativnosti.'
V manjših galaksijah, kot je NGC 3147, naj ne bi bilo dovolj gravitacijsko ujetega materiala, da bi redno hranili svoje SMBH-je, kar bi jih učinkovito naredilo za 'podhranjene črne luknje'. Majhna količina padajočega materiala, ki ga porabijo, se verjetno napihne in tvori torus v obliki krofa, namesto da se splošči v tanek disk.
Zato je bilo precej presenetljivo videti disk, ki obkroža črno luknjo v NGC 3147, ki je podoben močnejšim, ki jih najdemo okoli veliko večjih SMBH v središču izjemno aktivnih galaksij. Kot je povedal Ari Laor z Technion-Izraelskega tehnološkega inštituta, pojasnil :
'Menili smo, da je to najboljši kandidat za potrditev, da pod določenimi svetilnostmi akrecijski disk ne obstaja več. Kar smo videli, je bilo nekaj povsem nepričakovanega. Ugotovili smo, da plin v gibanju proizvaja lastnosti, ki jih lahko razložimo le kot nastajanje materiala, ki se vrti v tankem disku zelo blizu črne luknje.
Ilustracija supermasivne črne luknje, obdane z diskom naplavin. Zasluge: NRAO/AUI/NSF
Ta opažanja so bila še posebej presenetljiva, saj je raziskovalna skupina sprva izbrala NGC 3147 za potrditev sprejetih modelov galaksij. Ti modeli predvidevajo, da nastanejo akrecijski diski, ko je plin ujet z gravitacijskim vlekom SMBH. Ko diski pridobivajo hitrost zaradi rotacijske hitrosti črne luknje, začnejo oddajati intenzivno svetlobo, ki proizvaja svetlo jedrsko jedro, znano kot kvazar.
Ko pa se v disk potegne manj materiala, se ta začne razpadati in postaja bleda. Ko si je ekipa ogledala NGC 3147, je pričakovala, da bo videla aktivno galaksijo z nižjo svetilnostjo s podhranjeno črno luknjo. Kot Bianchi pojasnil :
»Tip diska, ki ga vidimo, je pomanjšani kvazar, za katerega nismo pričakovali, da bo obstajal. Gre za isti tip diska, ki ga vidimo pri predmetih, ki so 1.000 ali celo 100.000-krat bolj svetli. Napovedi trenutnih modelov za plinsko dinamiko v zelo šibkih aktivnih galaksijah očitno niso uspele.'
Kot smo omenili, ker je disk tako globoko vpet v intenzivno gravitacijsko polje črne luknje, je svetloba plinskega diska spremenjena v skladu z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Ta teorija opisuje, kako se ukrivljenost prostor-časa spremeni v prisotnosti gravitacijskega polja, kar lahko celo vpliva na obnašanje svetlobe (ki ga opisuje Einsteinova teorija posebne relativnosti).
Umetnikov vtis diska s črno luknjo NGC 3147. Zasluge: ESA/Hubble
Na podlagi njihovih opazovanj s Hubblovim Spektrograf za slikanje vesoljskega teleskopa (STIS), je ekipa ugotovila, da se material na disku premika z več kot 10 % svetlobne hitrosti. Pri teh ekstremnih hitrostih se je zdelo, da se material v disku posvetli, ko je potoval proti Zemlji na eni strani in zatemnil, ko je pohitel na drugi (učinek, znan kot relativistično žarenje).
Hubblova opazovanja so tudi pokazala, da je plin tako vpet v gravitacijski vodnjak črne luknje, da se valovna dolžina svetlobe razteza, zaradi česar je videti bolj rdeča. Zahvaljujoč ostri ločljivosti STIS je ekipa uspela izolirati šibko svetlobo, ki prihaja iz območja črne luknje, in blokirati kontaminirajočo svetlobo. Kot je rekel Chiaberge:
»Brez Hubbla tega ne bi mogli videti, ker ima območje črne luknje nizko svetilnost. Svetlost zvezd v galaksiji zasenči vse v jedru. Torej, če ga opazujete s tal, vam prevladuje svetlost zvezd, ki utopi šibko emisijo iz jedra.'
Ekipa upa, da bo nadgradila to najnovejše odkritje z uporabo Hubbla za iskanje podobnih kompaktnih diskov okoli črnih lukenj z nizko svetilnostjo. Če bodo uspešna, bodo nastala odkritja astronomom zagotovila dodatne priložnosti za ogled relativnosti v akciji.
Študija, ki opisuje opažanja ekipe, se je pred kratkim pojavila v Mesečna obvestila Kraljevega astronomskega društva .