天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，在距離地球1.3億光年的旋渦星系NGC 3147中心發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意想不到的物質(zhì)薄圓盤，圍繞著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。在這樣一個(gè)低亮度的活動(dòng)星系中，黑洞盤的存在讓天文學(xué)家感到驚訝。

NGC 3147等特定類型星系中黑洞被認(rèn)為是“饑餓”的，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的引力捕獲物質(zhì)來定期供給它們。因此，令人困惑的是，有一個(gè)薄圓盤圍繞著一個(gè)饑餓的黑洞。

這就仿佛“模仿”了在極度活動(dòng)星系中發(fā)現(xiàn)大得多的圓盤。特別有趣的是，這個(gè)環(huán)繞黑洞的物質(zhì)盤提供了一個(gè)檢驗(yàn)愛因斯坦相對論的獨(dú)特機(jī)會(huì)。根據(jù)這些理論，這個(gè)圓盤深深嵌在黑洞的強(qiáng)引力場中，以至于氣體圓盤發(fā)出的光發(fā)生了改變，這讓天文學(xué)家得以獨(dú)特地觀察黑洞附近動(dòng)態(tài)過程。歐空局、STScI和約翰霍普金斯大學(xué)AURA團(tuán)隊(duì)成員馬可·基亞伯奇(Marco Chiaberge)說：我們從未在可見光下如此清晰地看到廣義相對論和狹義相對論的影響。

哈勃望遠(yuǎn)鏡測量到，這個(gè)圓盤物質(zhì)以超過光速10%的速度繞著黑洞旋轉(zhuǎn)。在如此極端的速度下，氣體在一邊向地球運(yùn)動(dòng)時(shí)似乎會(huì)變亮，而在另一邊遠(yuǎn)離地球時(shí)則會(huì)變暗。這種效應(yīng)被稱為相對論光束。哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測還顯示，這種氣體被深埋在引力阱中，以至于光線難以逃逸，因此似乎被拉長到了更紅的波長，這個(gè)黑洞質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的2.5億倍。該研究的第一作者、意大利羅馬特雷大學(xué)的斯特凡諾·比安奇說：這是對一個(gè)非常接近黑洞圓盤的一次有趣觀察。

它離黑洞如此之近，以至于速度和引力強(qiáng)度正在影響我們?nèi)绾慰创獾墓庾?。為了研究盤內(nèi)深處旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，研究人員使用了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀(STIS)。這個(gè)觀測工具將物體上的光分成許多單獨(dú)波長，以非常精確地確定物體的速度、溫度和其他特征。STIS是有效觀測黑洞周圍低亮度區(qū)域的重要組成部分，它阻擋了星系的強(qiáng)光。天文學(xué)家最初選擇這個(gè)星系是為了驗(yàn)證低亮度活動(dòng)星系的公認(rèn)模型：那些營養(yǎng)不良的黑洞。

這些模型預(yù)測，當(dāng)大量氣體被黑洞的強(qiáng)大引力捕獲時(shí)，物質(zhì)盤就會(huì)形成，隨后釋放出大量的光，并產(chǎn)生一種被稱為類星體的明亮信標(biāo)?？吹降倪@種圓盤是一個(gè)縮小了的類星體，研究人員沒有料到它會(huì)存在。在比它亮1000倍甚至10萬倍的物體上，看到的是同樣類型圓盤。目前對非常微弱的活動(dòng)星系模型預(yù)測顯然失敗了。研究小組希望利用哈勃望遠(yuǎn)鏡在類似活動(dòng)星系的低亮度黑洞周圍尋找其他非常小而薄的圓盤。

博科園｜研究/來自：ESA /哈勃信息中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》

DOI: 10.1093/mnrasl/slz080

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