Найдено загадочную черную дыру
Как-будто черные дыры и так недостаточно загадочны, но астрономы с помощью космического телескопа Хаббла обнаружили неожиданно тонкий диск материала, неистово кружащийся вокруг сверхмассивной черной дыры в сердце спиральной галактики NGC 3147, расположенной в 130 светловых световых лет от нас.
Загадка заключается в том, что основываясь на современных астрономических теориях, этого диска не должно там быть, рассказывают в НАСА. Однако, как отмечают в аэрокосмическом агентстве, неожиданное присутствие диска так близко к черной дыре предоставляет уникальную возможность проверить теории относительности Альберта Эйнштейна – общую теорию относительности, которая описывает гравитацию как кривизну пространства, и специальную теорию относительности, которая описывает взаимосвязь между временем и пространством.
«Мы никогда не видели последствий как общей, так и специальной теории относительности в видимом свете с такой четкостью», - отметил член команды, которая проводила исследования на Хаббле, Марк Чиаберге из Европейского космического агентства, а также Научного института космического телескопа и Университета Джона Хопкинса, оба из которых находятся в Балтиморе, штате Мерилент.
«Это интригующий взгляд на диск, находящийся очень близко к черной дыре, настолько близко, что скорости и интенсивность гравитационного притяжения влияет на то, как выглядят фотоны света, - добавляет ведущий автор исследования Стефано Бьянки из «Università degli Studi Roma Tre» в Риме, Италия. - Мы не можем понять данные, если мы не подключим теории относительности».
Черные дыры в некоторых типах галактик, таких как NGC 3147, недоедают, так как для регулярного потребления им недостаточно гравитационно захваченного материала. Таким образом, тонкая дымка из падающего материала распухает как пончик, а не расплющивается как блин. Поэтому, очень странно, что в NGC 3147 существует тонкий диск, окружающий голодную черную дыру, который имитирует гораздо более мощные диски, обнаруженные в очень активных галактиках с черными объедающимися чёрными дырами-монстрами.
«Мы подумали, что это лучший кандидат на подтверждение того, что при определенных значениях яркости аккреционный диск больше не существует, - объясняет Ари Лаор с Технион-израильского технологического института в Хайфе. - То, что мы видели, было совершенно неожиданным. Мы обнаружили, что газ в движении создает условия, которые мы можем объяснить тем, что он образуется материалом, который вращается в тонком диске очень близко к черной дыре».
Сначала, астрономы выбрали эту галактику для проверки принятых моделей об активных галактиках с низкой светимостью - тех, в которых черные дыры находятся на скудном рационе из материала. Модели предполагают, что аккреционный диск образуется, когда большое количество газа захватывается сильным гравитационным притяжением черной дыры. Эта падающая материя излучает много света, создавая блестящий маяк, называемый квазаром, в случае наиболее сытых черных дыр. Как только в диск попадает меньше материала, он начинает разрушаться, становится тусклым и меняет структуру.
«Тип диска, который мы видим, - это уменьшенный квазар, существование которого мы не ожидали», - сказал Бьянки. «Это тот самый тип диска, который мы видим в объектах, которые в тысячу или даже в 100 тысяч раз более яркие. Предсказания современных моделей газовой динамики в очень слабо активных галактиках явно не оправдались», - добавил он.
Диск настолько глубоко встроен в интенсивное гравитационное поле черной дыры, что свет от газового диска изменяется в соответствии с теориями относительности Эйнштейна, давая астрономам уникальный взгляд на динамические процессы, близкие к черной дыры.
Хаббл хронометрировал материал, крутящийся вокруг черной дыры на скорости, большей чем 10% скорости света. На этих чрезвычайных скоростях газ выглядит ярче, когда он движется к Земле с одной стороны, и тускнеет, когда он ускоряется от нашей планеты на другой стороне (эффект называется релятивистским или доплеровским излучением). Наблюдение Хаббла также показывают, что газ настолько укоренился в гравитационном колодце, что свет изо всех сил пытается вылезти оттуда, поэтому кажется более растянутым в сторону более красных длин волн. Масса черной дыры составляет около 250 миллионов солнечных.
Исследователи использовали спектрограф космического телескопа Хаббла STIS для наблюдения вещества, закручивающегося глубоко внутри диска. Спектрограф - это диагностический инструмент, который разделяет свет от объекта на его много отдельных длин волн, чтобы определить его скорость, температуру и другие характеристики с очень высокой точностью. Астрономам требовалась четкая разрешающая способность STIS, чтобы изолировать слабый свет от области черной дыры и блокировать загрязняющий свет звезд.
«Без Хаббла мы бы не смогли увидеть это, потому что область черной дыры имеет низкую светимость, - сказал Чиаберге. - Яркость звезд в галактике затмевает все, что находится в ее ядре. Поэтому, если вы наблюдаете это с земли, вы находитесь под влиянием яркости звезд, которая заглушает слабое излучение из центра».
Команда надеется использовать Хаббл для поиска других очень компактных дисков вокруг черных дыр малой мощности в подобных активных галактиках.
Изображения сверху статьи. Изображения с Хаббла: NASA, ESA, S. Bianchi (Università degli Studi Roma Tre University), A. Laor (Technion-Israel Institute of Technology), and M. Chiaberge (ESA, STScI, and JHU); иллюстрация: NASA, ESA, and A. Feild and L. Hustak (STScI).
Читайте еще интересные новости о космосе.