Cakera lubang hitam yang sepatutnya tidak wujud

Kiri, imej teleskop Angkasa Hubble galaksi spiral NGC 3147, yang terletak 130 juta tahun cahaya jauh ke arah Draco utara konstelasi. Betul, ilustrasi artis mengenai lubang hitam supermasif yang berada di teras galaksi. Lubang hitam raksasa ini menghasilkan kira-kira 250 juta kali jisim matahari kita. Namun lubang hitam NGC 3147 agak lemah, dan astronom tidak mengharapkan untuk mencari cakera nipis. Imej melalui NASA (imej Hubble: NASA / ESA / S.Bianchi, A. Laor, dan M. Chiaberge): NASA / ESA / A. Feild / Hustak).

Ahli astronomi menggunakan Teleskop Angkasa Hubble berkata pada awal bulan ini bahawa mereka telah menemui cakera keras nipis yang tidak sepatutnya berada di situ, berputar di sekitar lubang hitam supermasif di tengah-tengah galaksi spiral sekitar 130 juta tahun cahaya. Para astronom tidak mengharapkan untuk melihat cakera di sekeliling lubang hitam di pusat galaksi NGC 3147. Galaksi ini dianggap mengandungi contoh yang hebat dari lubang hitam supermasif yang salah, yang tidak "memberi makan" pada sejumlah besar bahan berputar ke dalamnya dari cakera yang menyertai. Namun, nampaknya cakera itu wujud. Ia kelihatan seperti cakera yang sama - dalam hal lubang hitam yang dipenuhi dengan baik di galaksi lain - telah dilihat menghasilkan suar cemerlang yang disebut quasar. Tetapi tidak ada quasar di sini. Lubang hitam tengah tenang. Dan begitu ... misteri!

Penulis pertama kajian itu, Stefano Bianchi dari Università degli Studi Roma Tre di Roma, Itali (@astrobianchi di Twitter), berkata dalam satu kenyataan:

Jenis cakera yang kita lihat adalah quasar skala yang tidak kita harapkan. Ia adalah jenis cakera yang sama yang kita lihat dalam objek yang 1, 000 atau bahkan 100, 000 kali lebih bercahaya. Ramalan model semasa untuk dinamik gas dalam galaksi aktif yang lemah.

Namun pasukan itu teruja dengan penemuan ini. Ia memberi mereka peluang untuk meneroka fizik lubang hitam dan cakera mereka dengan lebih teliti. Plus, mereka berkata, lubang hitam dan tawaran cakera:

... satu peluang yang unik untuk menguji teori relativiti Albert Einstein. Relativiti umum menggambarkan graviti sebagai kelengkungan ruang, dan relativiti khas menggambarkan hubungan antara masa dan ruang.

Kertas kerja itu diterbitkan pada 11 Julai 2019, dalam jurnal yang dikaji semula oleh Notis Bulanan Persatuan Astronomi Diraja .

Kenapa tidak ahli astronomi mengharapkan cakera lubang hitam ini? Bukankah lubang hitam biasanya dikelilingi oleh cakera seperti ini? Tidak tepat. Lubang hitam supermasif pusat di galaksi seperti NGC 3147 kelihatan kepada para astronom sebagai "kekurangan gizi." Itu disangka kerana tidak cukup bahan yang ditangkap secara graviti untuk memberi makan secara teratur. NASA menjelaskan:

Oleh itu, jerebu nipis yang menyerupai bahan menyerap seperti donat dan bukannya meratakan cakera berbentuk lempeng. Oleh itu, sangat membingungkan mengapa terdapat cakera nipis yang mengelilingi lubang hitam yang kelaparan di NGC 3147 yang meniru cakera yang lebih kuat yang terdapat di dalam galaksi yang sangat aktif dengan lubang hitam raksasa.

Para astronom mula-mula memilih galaksi ini untuk mengesahkan model yang diterima menerangkan galaksi seperti NGC 3147, mereka yang mempunyai lubang hitam pada diet yang sedikit bahan. Salah seorang ahli astronomi yang terlibat dalam kajian itu - Ari Laor dari Institut Teknologi Technion-Israel yang terletak di Haifa, Israel - mengulas dalam satu kenyataan:

Kami fikir ini adalah calon terbaik untuk mengesahkan bahawa di bawah sinaran tertentu, cakera akretioninya tidak wujud lagi. Apa yang kita lihat adalah sesuatu yang tidak dijangka. Kami mendapati ciri-ciri pengeluaran gas dalam gerak yang kita dapat menerangkan hanya sebagai dihasilkan oleh bahan berputar dalam cakera nipis yang sangat dekat dengan lubang hitam.

Konsep cakera liang hitam di sekitar galaksi NGC 3147. Pengamatan Teleskop Angkasa Hubble dari lubang hitam menunjukkan 2 teori relativiti Einstein. Imej melalui NASA.

Ahli astronomi ini berkata galaksi ini, lubang hitam dan cakera misteriinya memberi mereka peluang untuk menggunakan teori-teori relativiti Einstein untuk meneroka proses-proses dinamik dekat dengan lubang hitam. Jisim lubang hitam itu kira-kira 250 juta matahari; itu berbeza dengan 4 juta matahari untuk lubang hitam tengah tersembunyi di pusat galaksi Milky Way kita sendiri. Bianchi berkata:

Ini adalah mengintip menarik di cakera yang sangat dekat dengan lubang hitam, begitu dekat bahawa halaju dan keamatan tarikan graviti mempengaruhi bagaimana foton cahaya kelihatan. Kami tidak dapat memahami data melainkan kita menyertakan teori-teori relativiti.

Dalam ilustrasi di atas, ciri-ciri kemerahan-kuning yang berputar di sekitar lubang hitam mewakili cahaya cahaya dari gas yang terperangkap oleh graviti kuat lubang itu. Hubble mencatatkan bahan berputar di sekitar lubang hitam sebagai bergerak pada lebih daripada 10 peratus kelajuan cahaya. NASA menjelaskan:

Lubang hitam tertanam jauh dalam medan graviti, ditunjukkan oleh grid hijau yang menggambarkan ruang yang melengkung. Bidang graviti begitu kuat sehingga cahaya sedang berjuang untuk keluar, sebuah prinsip yang digambarkan dalam teori relativiti umum Einstein. Bahan juga mencambuk begitu cepat di sekitar lubang hitam yang ia cerah kerana ia mendekati Bumi di satu sisi cakera dan menjadi lemah ketika ia bergerak jauh. Kesan ini, yang dipanggil bersifat relativistik, diramalkan oleh teori relativiti khas Einstein.

Ahli pasukan Marco Chiaberge berkomentar:

Kami tidak pernah melihat kesan kedua-dua relativiti umum dan khas dalam cahaya yang ketara dengan kejelasan ini.

Bottom line: Para astronom tidak mengharapkan untuk melihat cakera nipis di sekitar lubang hitam supermasif di pusat galaksi NGC 3147. Mereka berkata penemuan itu membantu mereka menyiasat fizik lubang hitam dan cakera mereka. Halaju yang terlibat, dan keamatan tarikan graviti dari lubang itu sendiri, memerlukan teori-teori relativiti Einstein untuk memahami apa yang berlaku dalam sistem yang jauh ini, 130 juta tahun cahaya jauh.

Sumber: HST memperkenalkan rantau jalur lebar yang relatif relativistik padat dalam jenis sebenar 2 NGC 3147

Melalui NASA