天文学家利用哈勃太空望远镜，在距离地球1.3亿光年的旋涡星系NGC 3147中心发现了一个意想不到的物质薄圆盘，围绕着一个超大质量黑洞。在这样一个低亮度的活动星系中，黑洞盘的存在让天文学家感到惊讶。NGC 3147等特定类型星系中黑洞被认为是“饥饿”的，因为它们没有足够的引力捕获物质来定期供给它们。因此，令人困惑的是，有一个薄圆盘围绕着一个饥饿的黑洞。
这就仿佛“模仿”了在极度活动星系中发现大得多的圆盘。特别有趣的是，这个环绕黑洞的物质盘提供了一个检验爱因斯坦相对论的独特机会。根据这些理论，这个圆盘深深嵌在黑洞的强引力场中，以至于气体圆盘发出的光发生了改变，这让天文学家得以独特地观察黑洞附近动态过程。欧空局、STScI和约翰霍普金斯大学AURA团队成员马可·基亚伯奇(Marco Chiaberge)说：
我们从未在可见光下如此清晰地看到广义相对论和狭义相对论的影响。哈勃望远镜测量到，这个圆盘物质以超过光速10%的速度绕着黑洞旋转。在如此极端的速度下，气体在一边向地球运动时似乎会变亮，而在另一边远离地球时则会变暗。这种效应被称为相对论光束。
哈勃望远镜的观测还显示，这种气体被深埋在引力阱中，以至于光线难以逃逸，因此似乎被拉长到了更红的波长，这个黑洞质量大约是太阳质量的2.5亿倍。该研究的第一作者、意大利罗马特雷大学的斯特凡诺·比安奇说：这是对一个非常接近黑洞圆盘的一次有趣观察。它离黑洞如此之近，以至于速度和引力强度正在影响我们如何看待光的光子。
为了研究盘内深处旋转的物质，研究人员使用了哈勃太空望远镜成像光谱仪(STIS)。这个观测工具将物体上的光分成许多单独波长，以非常精确地确定物体的速度、温度和其他特征。STIS是有效观测黑洞周围低亮度区域的重要组成部分，它阻挡了星系的强光。天文学家最初选择这个星系是为了验证低亮度活动星系的公认模型：那些营养不良的黑洞。
这些模型预测，当大量气体被黑洞的强大引力捕获时，物质盘就会形成，随后释放出大量的光，并产生一种被称为类星体的明亮信标。看到的这种圆盘是一个缩小了的类星体，研究人员没有料到它会存在。在比它亮1000倍甚至10万倍的物体上，看到的是同样类型圆盘。目前对非常微弱的活动星系模型预测显然失败了。研究小组希望利用哈勃望远镜在类似活动星系的低亮度黑洞周围寻找其他非常小而薄的圆盘。
博科园｜研究/来自：ESA /哈勃信息中心
参考期刊《皇家天文学会月报》
DOI: 10.1093/mnrasl/slz080
发表于 2020-3-17 02:18
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