Các nhà thiên văn học đã không mong đợi nhìn thấy một đĩa mỏng xung quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà NGC 3147, cách đó khoảng 130 triệu năm ánh sáng. Họ sử dụng các lý thuyết tương đối Einstein Einstein để hiểu vận tốc liên quan và cường độ của lực kéo lỗ đen.
Bên trái, hình ảnh Kính viễn vọng Không gian Hubble của thiên hà xoắn ốc NGC 3147, nằm cách xa 130 triệu năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Draco phía bắc. Phải, một nghệ sĩ minh họa về lỗ đen siêu lớn cư trú tại lõi thiên hà. Lỗ đen quái vật này nặng khoảng 250 triệu lần khối lượng mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, hố đen NGC 3147 tương đối yên tĩnh và các nhà thiên văn học không mong đợi tìm thấy một đĩa mỏng. Hình ảnh qua NASA (Hình ảnh Hubble: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor và M. Chiaberge. Minh họa: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).
Các nhà thiên văn học sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Hubble cho biết hồi đầu tháng này rằng họ đã tìm thấy một đĩa vật chất mỏng không nên ở đó, xoay quanh một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của một thiên hà xoắn ốc cách đó 130 triệu năm ánh sáng. Các nhà thiên văn học không mong đợi nhìn thấy một đĩa xung quanh lỗ đen ở trung tâm thiên hà NGC 3147. Thiên hà này được cho là chứa một ví dụ tuyệt vời về một lỗ đen siêu lớn, một trong số đó không phải là thức ăn cho ăn trên một lượng lớn vật liệu xoáy vào nó từ một đĩa đi kèm. Tuy nhiên, rõ ràng, đĩa không tồn tại. Nó trông giống như một loại đĩa mà - trong trường hợp các lỗ đen được nuôi dưỡng tốt ở các thiên hà khác - đã được nhìn thấy để tạo ra một đèn hiệu rực rỡ gọi là chuẩn tinh. Nhưng ở đó, không có chuẩn tinh nào ở đây. Lỗ đen trung tâm yên tĩnh. Và thế là một bí ẩn!
Nghiên cứu đầu tiên của tác giả, Stefano Bianchi của Đại học Studi Roma Tre ở Rome, Ý (@astrobianchi trên), cho biết trong một tuyên bố:
Loại đĩa mà chúng ta thấy là một chuẩn tinh được thu nhỏ mà chúng ta không mong đợi tồn tại. Nó cùng một loại đĩa mà chúng ta thấy trong các vật thể có độ sáng gấp 1.000 hoặc thậm chí 100.000 lần. Các dự đoán của các mô hình hiện tại về động lực khí trong các thiên hà hoạt động rất mờ nhạt rõ ràng đã thất bại.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu rất vui mừng về khám phá này. Nó cho họ cơ hội khám phá vật lý của các lỗ đen và đĩa của họ kỹ lưỡng hơn. Thêm vào đó, họ nói, lỗ đen và đĩa của nó cung cấp:
Một cơ hội duy nhất để kiểm tra lý thuyết tương đối của Albert Einstein. Thuyết tương đối rộng mô tả lực hấp dẫn là độ cong của không gian và thuyết tương đối đặc biệt mô tả mối quan hệ giữa thời gian và không gian.
Bài báo của đội ngũ được xuất bản ngày 11 tháng 7 năm 2019, trong tạp chí đánh giá ngang hàng Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
Tại sao các nhà thiên văn học không mong đợi đĩa lỗ đen này? Lỗ đen Aren lồng thường được bao quanh bởi các đĩa như thế này? Không chính xác. Các hố đen siêu lớn trung tâm trong các thiên hà như NGC 3147 xuất hiện cho các nhà thiên văn học khi bị suy dinh dưỡng. Nghịch mà nghĩ đó là bởi vì có một vật liệu không đủ lực hấp dẫn để nuôi chúng thường xuyên. NASA giải thích:
Vì vậy, khói mù mỏng của vật liệu không phù hợp phồng lên như một chiếc bánh rán thay vì làm phẳng trong một đĩa hình bánh kếp. Do đó, rất khó hiểu tại sao có một đĩa mỏng bao quanh một lỗ đen đang đói trong NGC 3147, bắt chước các đĩa mạnh hơn nhiều được tìm thấy trong các thiên hà cực kỳ hoạt động với các lỗ đen quái vật.
Các nhà thiên văn học ban đầu đã chọn thiên hà này để xác nhận các mô hình được chấp nhận giải thích các thiên hà như NGC 3147, những thiên hà có lỗ đen trên chế độ ăn ít vật chất. Một trong những nhà thiên văn học tham gia vào nghiên cứu - Ari Laor thuộc Viện Công nghệ Technion-Israel ở Haifa, Israel - đã bình luận trong một tuyên bố:
Chúng tôi nghĩ rằng đây là ứng cử viên tốt nhất để xác nhận rằng dưới độ sáng nhất định, đĩa bồi tụ không còn tồn tại nữa. Những gì chúng ta thấy là một cái gì đó hoàn toàn bất ngờ. Chúng tôi đã tìm thấy khí trong các tính năng sản xuất chuyển động mà chúng tôi chỉ có thể giải thích là được tạo ra bởi vật liệu quay trong một đĩa mỏng rất gần với lỗ đen.
Khái niệm Nghệ sĩ của đĩa lỗ đen xung quanh thiên hà NGC 3147. Quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble về lỗ đen chứng minh 2 lý thuyết tương đối của Einstein. Hình ảnh qua NASA.
Các nhà thiên văn học cho biết thiên hà này, lỗ đen và đĩa bí ẩn của nó đang cho họ cơ hội sử dụng các lý thuyết tương đối Einstein Einstein để khám phá các quá trình động gần với lỗ đen. Khối lượng đen lỗ đen được cho là khoảng 250 triệu mặt trời; mà trái ngược với 4 triệu mặt trời cho lỗ đen trung tâm yên tĩnh ở trung tâm dải ngân hà của chúng ta. Bianchi nói:
Đây là một cái nhìn hấp dẫn ở một đĩa rất gần với lỗ đen, gần đến mức vận tốc và cường độ của lực hấp dẫn đang ảnh hưởng đến cách các photon ánh sáng nhìn. Chúng ta không thể hiểu dữ liệu trừ khi chúng ta bao gồm các lý thuyết tương đối.
Trong hình minh họa ở trên, các đặc điểm màu vàng đỏ xoay quanh lỗ đen tượng trưng cho ánh sáng phát ra từ khí bị giữ lại bởi lỗ trọng lực mạnh mẽ của lỗ. Vật liệu đồng hồ Hubble quay xung quanh lỗ đen khi di chuyển với tốc độ hơn 10% tốc độ ánh sáng. NASA giải thích:
Lỗ đen được nhúng sâu bên trong trường hấp dẫn của nó, được hiển thị bằng lưới màu xanh lá cây minh họa không gian bị cong vênh. Trường hấp dẫn mạnh đến nỗi ánh sáng đang vật lộn để trèo ra ngoài, một nguyên tắc được mô tả trong thuyết tương đối rộng của Einstein. Vật chất cũng đang quay rất nhanh xung quanh lỗ đen đến nỗi nó phát sáng khi đến gần Trái đất ở một bên của đĩa và bị mờ hơn khi nó di chuyển đi. Hiệu ứng này, được gọi là chùm tương đối tính, được dự đoán bởi thuyết tương đối đặc biệt của Einstein.
Thành viên nhóm Marco Chiaberge nhận xét:
Chúng tôi chưa bao giờ thấy tác động của cả thuyết tương đối rộng và đặc biệt trong ánh sáng khả kiến với sự rõ ràng này.
Điểm mấu chốt: Các nhà thiên văn học không mong đợi nhìn thấy một đĩa mỏng xung quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà NGC 3147. Họ nói rằng khám phá này giúp họ thăm dò vật lý của các lỗ đen và đĩa của họ. Vận tốc liên quan và cường độ của lực hấp dẫn của lỗ, đòi hỏi các lý thuyết tương đối Einstein Einstein để hiểu những gì đang xảy ra trong hệ thống xa xôi này, cách xa 130 triệu năm ánh sáng.