TheHubble-avaruusteleskooppion kuin vanha koira, joka jatkuvasti opettaa tähtitieteelliselle yhteisölle uusia temppuja. Lähes kolmenkymmenen toimintavuotensa aikana se on paljastanut tärkeitä tietoja maailmankaikkeuden laajenemisesta, sen iästä, Linnunradalta, supermassiivisista mustista aukoista (SMBH), muista tähtijärjestelmistä ja eksoplaneetoista sekä aurinkokunnan planeetoista. .
Viimeksi Hubblea käyttävä kansainvälinen tutkijaryhmä teki löydön se ei ollut vain kiehtovaa, vaan myös täysin odottamatonta. Spiraaligalaksin NGC 3147 sydämessä he havaitsivat pyörivän ohuen kaasukiekon, joka oli epävarman lähellä takareikää, joka on noin 250 miljoonaa Auringon massaa. Löytö oli täydellinen yllätys, koska mustaa aukkoa pidettiin liian pienenä sellaisen rakenteen ympärille.
Noin 130 miljoonan valovuoden päässä Maasta sijaitseva NGC 3147 on spiraaligalaksi, jonka ytimessä on suhteellisen pieni SMBH. Nykyisten tähtitieteellisten teorioiden mukaan tämän kokoisessa mustassa aukossa ei pitäisi olla levyä kiertämässä sitä. Koska levy kuitenkin kiertää niin lähellä Tapahtumahorisontti tämän SMBH:n, se antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden testata Einsteinin teorioita molemmista Erikois- ja yleinen suhteellisuusteoria .
Taiteilijan näkemys S2-tähden polusta, kun se kulkee hyvin lähellä supermassiivista mustaa aukkoa Linnunradan keskellä. Luotto: ESO/M. Kornmesser
Kuten Stefano Bianchi – Università degli Studi Roma Tren tutkija ja tutkimuksen johtava kirjoittaja – selitti hiljattain NASAn Hubblessa. Lehdistötiedote :
'Tämä on kiehtova kurkistus levyyn, joka on hyvin lähellä mustaa aukkoa, niin lähellä, että painovoiman nopeudet ja voimakkuus vaikuttavat siihen, miten valon fotonit näyttävät. Emme voi ymmärtää dataa, ellemme sisällytä suhteellisuusteorioita.'
Pienemmissä galakseissa, kuten NGC 3147, ei pitäisi olla tarpeeksi gravitaatiolla vangittua materiaalia ruokkimaan niiden SMBH:t säännöllisesti – mikä tekee niistä tehokkaasti 'aliravittuja mustia aukkoja'. Sellaisenaan pieni määrä sisään putoavaa materiaalia, jota he kuluttavat, todennäköisesti täyttyy ja muodostaa donitsin muotoisen toruksen sen sijaan, että se litistyisi ohueksi levyksi.
Siksi oli melko yllättävää nähdä NGC 3147:n mustan aukon ympärillä oleva levy, joka muistuttaa paljon suurempien SMBH:iden ympäriltä äärimmäisen aktiivisten galaksien keskeltä löytyviä tehokkaampia. Ari Laor Technion-Israel Institute of Technologysta, selitti :
'Ajattelimme, että tämä oli paras ehdokas vahvistamaan, että tiettyjen valovoimakkuuksien alapuolella accretion kiekkoa ei enää ole olemassa. Se, mitä näimme, oli jotain täysin odottamatonta. Löysimme liikkeessä kaasua tuottavia ominaisuuksia, jotka voimme selittää vain materiaalin tuottamana ohuessa kiekossa hyvin lähellä mustaa aukkoa.
Kuva supermassiivisesta mustasta aukosta, jota ympäröi roskalevy. Luotto: NRAO/AUI/NSF
Nämä havainnot olivat erityisen yllättäviä, koska tutkimusryhmä valitsi alun perin NGC 3147:n validoimaan hyväksyttyjä galaksimalleja. Nämä mallit ennustavat, että lisääntymiskiekot muodostuvat, kun kaasu jää kiinni SMBH:n painovoiman vaikutuksesta. Kun levyt saavat nopeutta mustan aukon pyörimisnopeudesta, ne alkavat säteillä voimakasta valoa, jolloin syntyy kirkas ydin, joka tunnetaan nimellä kvasaari.
Kuitenkin, kun vähemmän materiaalia vedetään levyyn, se alkaa hajota ja himmenee. Kun ryhmä katsoi NGC 3147:ää, he odottivat näkevänsä matalamman valoisuuden aktiivisen galaksin, jossa oli aliravittu musta aukko. Kuten Bianchi selitti :
'Nämä levytyyppi on pienennetty kvasaari, jota emme odottaneet olevan olemassa. Se on samantyyppinen levy, jonka näemme objekteissa, jotka ovat 1 000 tai jopa 100 000 kertaa valoisampia. Nykyisten mallien ennusteet kaasudynamiikasta erittäin heikossa aktiivisissa galakseissa epäonnistuivat selvästi.'
Kuten todettiin, koska levy on upotettu niin syvälle mustan aukon voimakkaaseen gravitaatiokenttään, kaasukiekon valoa muutetaan Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaisesti. Tämä teoria kuvaa, kuinka aika-avaruuden kaarevuus muuttuu gravitaatiokentän läsnä ollessa, mikä voi jopa vaikuttaa valon käyttäytymiseen (jota kuvataan Einsteinin erityissuhteellisuusteoriassa).
Taiteilijan näkemys NGC 3147 mustasta aukosta. Luotto: ESA/Hubble
Perustuu heidän havaintoihinsa Hubblen kanssa Avaruusteleskooppikuvausspektrografi (STIS) -ryhmä päätti, että levyn materiaali liikkui yli 10 % valon nopeudella. Näillä äärimmäisillä nopeuksilla levyssä oleva materiaali näytti kirkastuvan kulkiessaan kohti Maata toiselta puolelta ja himmentyneen kulkiessaan pois toiselta puolelta (vaikutus tunnetaan relativistisena säteilynä).
Hubble-havainnot osoittivat myös, että kaasu on niin upotettu mustan aukon painovoimakuoppaan, että valon aallonpituus venyy, jolloin se näyttää punaisemmalta. STIS:n terävän resoluution ansiosta tiimi pystyi eristämään mustan aukon alueelta tulevan heikon valon ja estämään saastuttavan valon. Kuten Chiaberge sanoi:
'Ilman Hubblea emme olisi nähneet tätä, koska mustan aukon alueella on alhainen valoisuus. Galaksin tähtien kirkkaus ylittää kaiken ytimessä. Joten jos tarkkailet sitä maasta, sinua hallitsee tähtien kirkkaus, joka hukuttaa ytimen heikon säteilyn.'
Tiimi toivoo voivansa rakentaa tämän viimeisimmän löydön pohjalta käyttämällä Hubblea samankaltaisten CD-levyjen etsimiseen matalan valoisuuden mustien aukkojen ympäriltä. Jos tulokset onnistuvat, tuloksena saadut löydöt tarjoavat tähtitieteilijöille lisämahdollisuuksia tarkastella suhteellisuusteoriaa toiminnassa.
Tutkimus, joka kuvaa ryhmän havaintoja, ilmestyi äskettäin Royal Astronomical Societyn kuukausitiedotteet .