Musta augu ketas, mida ei tohiks olemas olla

Vasakult on Hubble'i kosmoseteleskoobi kujutis spiraalgalaktikast NGC 3147, mis asub 130 miljoni valgusaasta kaugusel põhjapoolse tähtkuju Draco suunas. Õige, kunstniku illustratsioon galaktika südamikus asuva ülimenuka musta augu kohta. See koletise must auk kaalub umbes 250 miljonit korda meie päikese massi. Kuid NGC 3147 must auk on suhteliselt vaikne ja astronoomid ei oodanud õhukese ketta leidmist. Pilt NASA kaudu (Hubble'i pilt: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor ja M. Chiaberge. Illustratsioon: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).

Hubble'i kosmoseteleskoopi kasutavad astronoomid ütlesid selle kuu alguses, et nad on leidnud õhukese ketta, mida ei tohiks seal olla, keerledes umbes 130 miljoni valgusaasta kaugusel asuva spiraalgalaktika keskmes asuva supermassiivse musta augu ümber. Astronoomid ei osanud oodata, et galaktika NGC 3147 keskpunktis on näha musta augu ümber olevat ketast. Arvati, et see galaktika sisaldab vaikse supermassiivse musta augu suurepärast näidet, mis ei “toitu” massiliselt keerduvate materjalide hulgast. sinna kaasasolevalt kettalt. Ilmselt on ketas siiski olemas. See näeb välja nagu samasugune ketas, mida - teistes galaktikates hästi toidetud mustade aukude korral - nähti tootvat hiilgavat majakat, mida nimetatakse kvaasariks. Kuid siin pole ühtegi kvaasari. Keskmine must auk on vaikne. Ja nii… mõistatus!

Uuringu esimene autor Stefano Bianchi Itaalias Roomas asuvast ülikoolist Università degli Studi Roma Tre (@astrobianchi Twitteris) ütles oma avalduses:

Tüüpi ketas, mida me näeme, on vähendatud kvaasar, mille olemasolu me eeldada ei osanud. See on sama tüüpi ketas, mida näeme objektides, mis on 1000 või isegi 100 000 korda heledamad. Praeguste gaaside dünaamika mudelite ennustused väga nõrkades aktiivsetes galaktikates ebaõnnestusid.

Meeskond on sellest avastusest siiski vaimustuses. See annab neile võimaluse põhjalikumalt uurida mustade aukude ja nende ketaste füüsikat. Lisaks öeldi, must auk ja selle ketas pakuvad:

… Ainulaadne võimalus katsetada Albert Einsteini relatiivsusteooriaid. Üldrelatiivsus kirjeldab gravitatsiooni kui ruumi kumerust ja erirelatiivsus kirjeldab aja ja ruumi suhet.

Meeskonna paber avaldati 11. juulil 2019 kuningliku astronoomiaseltsi eelretsenseeritavas ajakirjas Monthly Notices .

Miks ei oodanud astronoomid seda musta augu ketast? Kas mustad augud pole tavaliselt selliste ketastega ümbritsetud nagu see? Mitte just. Galaktikate, näiteks NGC 3147, keskmised supermassiivsed mustad augud näivad astronoomidele "alatoidetud". Arvatakse, et selle põhjuseks on asjaolu, et gravitatsiooniliselt hõivatud materjali pole piisavalt, et neid regulaarselt toita. NASA selgitas:

Niisiis, sissetungiva materjali õhuke hägune paisub pigem nagu sõõrik, mitte ei lagune pannkoogikujulises ketas. Seetõttu on väga hämmastav, miks NGC 3147-s on näljutavat musta auku ümbritsev õhuke ketas, mis jäljendab palju võimsamaid kettaid, mida leidub äärmiselt aktiivsetes galaktikates, kus on vigastatud koletise mustad augud.

Astronoomid valisid selle galaktika algselt aktsepteeritud mudelite valideerimiseks, mis selgitavad selliseid galaktikaid nagu NGC 3147 - need, kellel on mustade aukudega materjali napp toit. Üks uuringuga seotud astronoomidest - Ari Laor Iisraelis Haifas asuvast Technion-Iisraeli tehnoloogiainstituudist - kommenteeris oma avalduses:

Arvasime, et see on parim kandidaat kinnitamaks, et teatud heleduste korral pole akrüülketast enam olemas. See, mida nägime, oli midagi täiesti ootamatut. Leidsime liikumisel oleva gaasi tootvaid omadusi, mida saame seletada ainult sellega, et neid toodetakse materjaliga, mis pöörleb õhukese kettaga väga lähedal mustale augule.

Kunstniku kontseptsioon musta augu ketta kohta galaktika NGC 3147 ümber. Hubble'i kosmoseteleskoobi vaatlused musta augu kohta näitavad 2 Einsteini relatiivsusteooriat. Pilt NASA kaudu.

Need astronoomid ütlesid, et see galaktika, selle must auk ja salapärane ketas annavad neile võimaluse kasutada Einsteini relatiivsusteooriaid musta augu lähedal asuvate dünaamiliste protsesside uurimiseks. Arvatakse, et musta augu mass on umbes 250 miljonit päikest; see on vastupidiselt 4 miljonile päikesele vaikse keskse musta augu jaoks meie Linnutee galaktika keskmes. Bianchi ütles:

See on intrigeeriv pilk mustale augule väga lähedal asuvale kettale, nii lähedal, et kiiruse ja gravitatsioonitõmbe intensiivsus mõjutavad valguse footonite väljanägemist. Me ei saa andmetest aru, kui pole lisatud relatiivsusteooriaid.

Ülaloleval joonisel kujutavad musta augu ümber keerduvad punakaskollased jooned augu võimsat raskusjõudu püüdes gaasi valgust. Hubble'i kellast materjal, mis keerleb musta augu ümber ja liigub rohkem kui 10 protsenti valguse kiirusest. NASA selgitas:

Must auk on sügaval selle gravitatsiooniväljas, seda näitab roheline võre, mis illustreerib väändunud ruumi. Gravitatsiooniväli on nii tugev, et valgus üritab välja ronida, seda põhimõtet on kirjeldatud Einsteini üldrelatiivsusteoorias. Materjal ka piitsub musta augu ümber nii kiiresti, et ketta ühel küljel Maale lähenedes heleneb ja eemale liikudes muutub see nõrgemaks. Seda efekti, mida nimetatakse relativistlikuks kiirgamiseks, ennustas Einsteini erirelatiivsusteooria.

Meeskonna liige Marco Chiaberge kommenteeris:

Me pole kunagi nii palju selgusega näinud nähtava valguse käes nii üld- kui ka erirelatiivsuse mõjusid.

Alumine rida: Astronoomid ei osanud oodata, et nad näevad galaktika NGC 3147 keskmes supermassiivse musta augu ümber õhukest ketast. Nad ütlesid, et avastus aitab neil kontrollida mustade aukude ja ketaste füüsikat. Kaasatud kiirused ja augu enda gravitatsioonilise tõmbe intensiivsus nõuavad Einsteini relatiivsusteooriate mõistmist selles kauges süsteemis, mis asub 130 miljoni valgusaasta kaugusel.

Allikas: HST tutvustab kompaktset kergelt relativistlikku lairibapiirkonda kandidaat-tüüp 2 NGC 3147

NASA kaudu