Các Kính thiên văn vũ trụ Hubble giống như một con chó già không ngừng dạy cho cộng đồng thiên văn những mánh khóe mới. Trong quá trình hoạt động gần ba mươi năm, nó đã tiết lộ dữ liệu quan trọng về sự giãn nở của Vũ trụ, tuổi của nó, Dải Ngân hà, các hố đen siêu lớn (SMBH), các hệ sao và ngoại hành tinh khác và các hành tinh của Hệ Mặt trời .
Gần đây nhất, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế sử dụng Hubble đã thực hiện một khám phá không chỉ hấp dẫn mà hoàn toàn bất ngờ. Ở trung tâm của thiên hà xoắn ốc NGC 3147, họ phát hiện ra một đĩa khí mỏng xoáy gần bấp bênh với một lỗ phía sau có khối lượng khoảng 250 triệu Mặt trời. Phát hiện này hoàn toàn bất ngờ vì lỗ đen được coi là quá nhỏ để có cấu trúc như vậy xung quanh nó.
Nằm cách Trái đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng, NGC 3147 là một thiên hà xoắn ốc với SMBH tương đối nhỏ ở lõi. Những điều
Như Stefano Bianchi - một nhà nghiên cứu từ Đại học
Đây là một cái nhìn hấp dẫn ở một cái đĩa rất gần với một 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 các thiên hà nhỏ hơn như NGC 3147, không có đủ vật liệu bị hấp dẫn để nuôi SMBH của chúng thường xuyên - khiến chúng trở thành hố đen suy dinh dưỡng. Như vậy, một lượng nhỏ vật liệu không phù hợp mà chúng tiêu thụ có khả năng phồng lên và tạo thành hình xuyến hình bánh rán, thay vì dẹt ra thành một đĩa mỏng.
Do đó, thật đáng ngạc nhiên khi thấy một đĩa bao quanh lỗ đen trong NGC 3147 giống với những cái mạnh hơn được tìm thấy xung quanh SMBH lớn hơn nhiều ở trung tâm của các thiên hà cực kỳ hoạt động. Như Ari Laor của Viện Công nghệ Technion-Israel, đã giải thích:
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 tạo 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.
Những quan sát này đặc biệt đáng ngạc nhiên vì ban đầu nhóm nghiên cứu đã chọn NGC 3147 để xác nhận các mô hình thiên hà được chấp nhận. Những mô hình này dự đoán rằng các đĩa bồi tụ hình thành khi khí bị giữ lại bởi lực hấp dẫn của SMBH. Khi các đĩa đạt được tốc độ từ vận tốc quay vòng của lỗ đen, chúng bắt đầu phát ra ánh sáng cực mạnh, tạo ra một hạt nhân sáng gọi là chuẩn tinh.
Tuy nhiên, một khi ít vật liệu được kéo vào đĩa, nó bắt đầu bị hỏng và trở nên mờ hơn. Khi nhóm nghiên cứu nhìn vào NGC 3147, họ đã mong đợi được nhìn thấy một thiên hà hoạt động có độ sáng thấp hơn với một lỗ đen bị suy dinh dưỡng. Như Bianchi đã giải thích:
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. Dự đoán các mô hình hiện tại về động lực khí trong các thiên hà hoạt động rất mờ nhạt rõ ràng đã thất bại.
Như đã lưu ý, vì đĩa được nhúng quá sâu vào trường hấp dẫn cường độ mạnh của lỗ đen, ánh sáng từ đĩa khí được điều chỉnh theo Lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein. Lý thuyết này mô tả độ cong của không-thời gian bị thay đổi như thế nào khi có trường hấp dẫn, thậm chí có thể ảnh hưởng đến hành vi của ánh sáng (được mô tả bởi Thuyết tương đối đặc biệt của Einstein).
Dựa trên những quan sát của họ với Máy quang phổ hình ảnh Kính viễn vọng Không gian Hubble (STIS), nhóm nghiên cứu đã xác định rằng vật liệu trong đĩa đang di chuyển với tốc độ ánh sáng hơn 10%. Ở những vận tốc cực đoan này, vật chất trong đĩa dường như phát sáng khi nó di chuyển về phía Trái đất và mờ đi khi nó quay đi ở phía bên kia (một hiệu ứng được gọi là chiếu tia tương đối tính).
Các quan sát của Hubble cũng cho thấy khí được nhúng vào lỗ đen hấp dẫn của giếng đen đến mức bước sóng của ánh sáng bị kéo dài, khiến nó có vẻ đỏ hơn. Nhờ độ phân giải sắc nét STIS, nhóm đã có thể cách ly ánh sáng mờ đến từ khu vực lỗ đen và chặn ánh sáng gây ô nhiễm. Như Chiaberge đã nói:
Nếu không có Hubble, chúng tôi sẽ có thể thấy điều này bởi vì khu vực lỗ đen có độ sáng thấp. Độ sáng của các ngôi sao trong thiên hà vượt trội hơn bất cứ thứ gì trong hạt nhân. Vì vậy, nếu bạn quan sát nó từ mặt đất, bạn sẽ bị chi phối bởi độ sáng của các ngôi sao, nó nhấn chìm sự phát xạ yếu ớt từ hạt nhân.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ xây dựng dựa trên khám phá mới nhất này bằng cách sử dụng Hubble để săn tìm các đĩa compact tương tự xung quanh các lỗ đen có độ sáng thấp. Nếu thành công, những khám phá kết quả sẽ cung cấp cho các nhà thiên văn học những cơ hội bổ sung để xem tính tương đối trong hành động.
Nghiên cứu mô tả các quan sát của nhóm Nhóm gần đây đã xuất hiện trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
