1.3億光年外,哈勃望遠鏡,發現一個神祕的黑洞盤

天文學家利用哈勃太空望遠鏡,在距離地球1.3億光年的旋渦星系NGC 3147中心發現了一個意想不到的物質薄圓盤,圍繞著一個超大質量黑洞。在這樣一個低亮度的活動星系中,黑洞盤的存在讓天文學家感到驚訝。NGC 3147等特定類型星系中黑洞被認為是“飢餓”的,因為它們沒有足夠的引力捕獲物質來定期供給它們。因此,令人困惑的是,有一個薄圓盤圍繞著一個飢餓的黑洞。

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這就彷彿“模仿”了在極度活動星系中發現大得多的圓盤。特別有趣的是,這個環繞黑洞的物質盤提供了一個檢驗愛因斯坦相對論的獨特機會。根據這些理論,這個圓盤深深嵌在黑洞的強引力場中,以至於氣體圓盤發出的光發生了改變,這讓天文學家得以獨特地觀察黑洞附近動態過程。歐空局、STScI和約翰霍普金斯大學AURA團隊成員馬可·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。

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

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它離黑洞如此之近,以至於速度和引力強度正在影響我們如何看待光的光子。為了研究盤內深處旋轉的物質,研究人員使用了哈勃太空望遠鏡成像光譜儀(STIS)。這個觀測工具將物體上的光分成許多單獨波長,以非常精確地確定物體的速度、溫度和其他特徵。STIS是有效觀測黑洞周圍低亮度區域的重要組成部分,它阻擋了星系的強光。天文學家最初選擇這個星系是為了驗證低亮度活動星系的公認模型:那些營養不良的黑洞。

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這些模型預測,當大量氣體被黑洞的強大引力捕獲時,物質盤就會形成,隨後釋放出大量的光,併產生一種被稱為類星體的明亮信標。看到的這種圓盤是一個縮小了的類星體,研究人員沒有料到它會存在。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星系模型預測顯然失敗了。研究小組希望利用哈勃望遠鏡在類似活動星系的低亮度黑洞周圍尋找其他非常小而薄的圓盤。

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