De Hubble-ruimtetelescoop is als een oude hond die de astronomische gemeenschap voortdurend nieuwe trucs leert. In de bijna dertig jaar dat het in bedrijf is, heeft het vitale gegevens onthuld over de uitdijing van het heelal, zijn leeftijd, de Melkweg, superzware zwarte gaten (SMBH's), andere sterrenstelsels en exoplaneten en de planeten van het zonnestelsel .
Onlangs deed een internationaal team van onderzoekers dat Hubble gebruikte een ontdekking die niet alleen fascinerend maar ook geheel onverwacht was. In het hart van het spiraalstelsel NGC 3147 zagen ze een kolkende dunne gasschijf die gevaarlijk dicht bij een achterste gat van ongeveer 250 miljoen zonsmassa's lag. De vondst was een complete verrassing omdat het zwarte gat te klein werd geacht om zo'n structuur eromheen te hebben.
NGC 3147, gelegen op ongeveer 130 miljoen lichtjaar van de aarde, is een spiraalstelsel met een relatief kleine SMBH als kern. De dingen
Zoals Stefano Bianchi - een onderzoeker van de Università
“Dit is een intrigerend kijkje in een schijf die heel dicht bij een zwart gat ligt, zo dichtbij dat de snelheden en de intensiteit van de zwaartekracht de fotonen van licht beïnvloeden. We kunnen de gegevens niet begrijpen tenzij we de relativiteitstheorieën opnemen. '
In kleinere sterrenstelsels zoals NGC 3147 wordt verondersteld dat er niet voldoende door de zwaartekracht gevangen materiaal is om hun SMBH's regelmatig te voeden - waardoor ze in feite 'ondervoede zwarte gaten' worden. Als zodanig zal de kleine hoeveelheid instromend materiaal dat ze consumeren waarschijnlijk opblazen en een donutvormige torus vormen, in plaats van af te vlakken tot een dunne schijf.
Het was daarom nogal verrassend om te zien dat een schijf het zwarte gat in NGC 3147 omcirkelt die lijkt op de krachtigere schijven die worden gevonden rond veel grotere SMBH's in het centrum van extreem actieve sterrenstelsels. Zoals Ari Laor van het Technion-Israel Institute of Technology uitlegde:
"We dachten dat dit de beste kandidaat was om te bevestigen dat de accretieschijf onder bepaalde helderheid niet meer bestaat. Wat we zagen was iets totaal onverwachts. We vonden gas in beweging producerende kenmerken die we alleen kunnen verklaren als geproduceerd door materiaal dat in een dunne schijf roteert, heel dicht bij het zwarte gat. ”
Deze waarnemingen waren bijzonder verrassend omdat het onderzoeksteam aanvankelijk NGC 3147 selecteerde om geaccepteerde modellen van sterrenstelsels te valideren. Deze modellen voorspellen dat accretieschijven worden gevormd wanneer gas wordt opgesloten door een zwaartekracht van SMBH. Naarmate de schijven sneller worden door de rotatonale snelheid van het zwarte gat, beginnen ze intens licht uit te stralen, wat een heldere atoom produceert die bekend staat als een quasar.
Als er echter minder materiaal in de schijf wordt getrokken, begint het af te breken en wordt het zwakker. Toen het team naar NGC 3147 keek, verwachtten ze een actief sterrenstelsel met een lagere helderheid en een ondervoed zwart gat. Zoals Bianchi uitlegde:
“Het type schijf dat we zien is een verkleinde quasar waarvan we niet hadden verwacht dat hij zou bestaan. Het is hetzelfde type schijf dat we zien in objecten die 1.000 of zelfs 100.000 keer meer licht geven. De voorspellingen van huidige modellen voor gasdynamica in zeer zwakke actieve sterrenstelsels zijn duidelijk mislukt. ”
Zoals opgemerkt, omdat de schijf zo diep is ingebed in het intense zwaartekrachtsveld van het zwarte gat, wordt het licht van de gasschijf aangepast in overeenstemming met Einstein's Theory of General Relativity. Deze theorie beschrijft hoe de kromming van de ruimtetijd wordt veranderd in de aanwezigheid van een zwaartekrachtveld, dat zelfs het gedrag van licht kan beïnvloeden (dat wordt beschreven door Einstein's Theory of Special Relativity).
Op basis van hun waarnemingen met Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), stelde het team vast dat het materiaal in de schijf met meer dan 10% van de lichtsnelheid bewoog. Bij deze extreme snelheden leek het materiaal in de schijf op te fleuren terwijl het aan de ene kant naar de aarde reisde en gedimd terwijl het aan de andere kant wegschoot (een effect dat bekend staat als relativistische straling).
De Hubble-waarnemingen toonden ook aan dat het gas zo ingebed is in de zwaartekrachtput van het zwarte gat dat de golflengte van het licht wordt uitgerekt, waardoor het er roder uitziet. Dankzij de scherpe resolutie van STIS was het team in staat om het zwakke licht dat uit het zwarte gat komt te isoleren en vervuilend licht te blokkeren. Zoals Chiaberge zei:
"Zonder Hubble hadden we dit niet kunnen zien omdat het zwarte-gatgebied een lage helderheid heeft. De helderheid van de sterren in de melkweg overtreft alles in de kern. Dus als je het vanaf de grond waarneemt, word je gedomineerd door de helderheid van de sterren, die de zwakke emissie van de kern overstemt. "
Het team hoopt voort te bouwen op deze laatste ontdekking door Hubble te gebruiken om op vergelijkbare compact disks te jagen rond zwarte gaten met een lage helderheid. Als dit lukt, zullen de ontdekkingen die ze opleveren astronomen extra mogelijkheden bieden om de relativiteitstheorie in actie te zien.
De studie die de observaties van het team beschrijft, verscheen onlangs in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society.
