Astronomen hatten nicht erwartet, dass sich eine dünne Scheibe um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 3147 befindet, die etwa 130 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Sie verwenden Einsteins Relativitätstheorien, um die beteiligten Geschwindigkeiten und die Intensität des Zugs des Schwarzen Lochs zu verstehen.
Links ein Hubble-Weltraumteleskopbild der Spiralgalaxie NGC 3147, die sich 130 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des nördlichen Sternbilds Draco befindet. Richtig, eine künstlerische Darstellung des supermassiven Schwarzen Lochs, das sich im Kern der Galaxis befindet. Dieses schwarze Loch wiegt ungefähr 250 Millionen Mal die Masse unserer Sonne. Das Schwarze Loch von NGC 3147 ist jedoch relativ ruhig, und die Astronomen hatten nicht erwartet, eine dünne Scheibe zu finden. Bild über die NASA (Hubble-Bild: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor und M. Chiaberge. Illustration: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).
Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop verwenden, sagten Anfang dieses Monats, dass sie eine dünne Materialscheibe gefunden haben, die nicht dort sein sollte und die sich um ein supermassereiches Schwarzes Loch im Herzen einer etwa 130 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie dreht. Die Astronomen hatten nicht erwartet, eine Scheibe um das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 3147 zu sehen. Diese Galaxie sollte ein großartiges Beispiel für a enthalten ruhendes supermassereiches Schwarzes Locheine, die sich nicht von massiven Mengen an Material „ernährte“, die von einer beiliegenden Scheibe hineingewirbelt wurden. Anscheinend existiert der Datenträger jedoch. Es sieht aus wie die gleiche Art von Scheibe, die - im Fall von gut genährten Schwarzen Löchern in anderen Galaxien - ein brillantes Leuchtfeuer hervorgebracht hat, das als Quasar bezeichnet wird. Aber hier gibt es keinen Quasar. Das zentrale Schwarze Loch ist ruhig. Und so ... ein Rätsel!
Der Erstautor der Studie, Stefano Bianchi von der Università degli Studi Roma Tre in Rom (@astrobianchi on), sagte in einer Erklärung:
Bei dem Datenträgertyp handelt es sich um einen verkleinerten Quasar, den wir nicht erwartet hatten. Es ist derselbe Plattentyp, den wir bei Objekten sehen, die 1.000- oder sogar 100.000-mal heller sind. Die Vorhersagen aktueller Modelle für die Gasdynamik in sehr schwachen aktiven Galaxien sind eindeutig gescheitert.
Dennoch ist das Team von dieser Entdeckung begeistert. Es gibt ihnen die Möglichkeit, die Physik der Schwarzen Löcher und ihrer Scheiben genauer zu erforschen. Außerdem, sagten sie, bieten das Schwarze Loch und seine Scheibe:
… Eine einmalige Gelegenheit, Albert Einsteins Relativitätstheorien zu testen. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft als die Krümmung des Raums, und die spezielle Relativitätstheorie beschreibt die Beziehung zwischen Zeit und Raum.
Der Artikel des Teams wurde am 11. Juli 2019 im Fachjournal veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
Warum haben die Astronomen diese schwarze Lochscheibe nicht erwartet? Sind schwarze Löcher nicht normalerweise von Scheiben wie dieser umgeben? Nicht genau. Zentrale supermassereiche Schwarze Löcher in Galaxien wie NGC 3147 erscheinen den Astronomen als "unterernährt". Dies liegt vermutlich daran, dass nicht genügend gravitativ erfasstes Material vorhanden ist, um sie regelmäßig zu versorgen. Die NASA erklärte:
Der dünne Dunst aus abfallendem Material quillt eher wie ein Donut auf, als dass er sich in einer pfannkuchenförmigen Scheibe abflacht. Daher ist es sehr verwunderlich, warum es in NGC 3147 eine dünne Scheibe gibt, die ein hungerndes Schwarzes Loch umgibt und viel stärkere Scheiben nachahmt, die in extrem aktiven Galaxien mit überfüllten schwarzen Löchern von Monstern zu finden sind.
Die Astronomen wählten diese Galaxie ursprünglich aus, um anerkannte Modelle zu validieren, die Galaxien wie NGC 3147 erklären, solche mit schwarzen Löchern auf einer mageren Materialdiät. Einer der an der Studie beteiligten Astronomen - Ari Laor vom Technion-Israel Institute of Technology in Haifa, Israel - erklärte:
Wir dachten, dies wäre der beste Kandidat, um zu bestätigen, dass die Akkretionsscheibe unter bestimmten Helligkeiten nicht mehr existiert. Was wir gesehen haben, war etwas völlig Unerwartetes. Wir fanden Gas in Bewegung, das Merkmale erzeugt, die wir nur als Material erklären können, das sich in einer dünnen Scheibe in der Nähe des Schwarzen Lochs dreht.
Künstlerkonzept der Schwarzen Lochscheibe um die Galaxie NGC 3147. Hubble-Weltraumteleskop-Beobachtungen des Schwarzen Lochs zeigen 2 von Einsteins Relativitätstheorien. Bild über die NASA.
Diese Astronomen sagten, diese Galaxie, ihr Schwarzes Loch und ihre mysteriöse Scheibe geben ihnen die Möglichkeit, Einsteins Relativitätstheorien zu nutzen, um die dynamischen Prozesse in der Nähe eines Schwarzen Lochs zu untersuchen. Die Masse des Schwarzen Lochs wird auf rund 250 Millionen Sonnen geschätzt. Dies steht im Gegensatz zu 4 Millionen Sonnen für das ruhige zentrale Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraßengalaxie. Bianchi sagte:
Dies ist ein faszinierender Blick auf eine Scheibe ganz in der Nähe eines Schwarzen Lochs, so nahe, dass die Geschwindigkeiten und die Intensität der Anziehungskraft das Aussehen der Photonen des Lichts beeinflussen. Wir können die Daten nur verstehen, wenn wir die Relativitätstheorien berücksichtigen.
In der Abbildung oben repräsentieren die rot-gelben Merkmale, die sich um das schwarze Loch drehen, das Leuchten des Gases, das von der starken Schwerkraft des Lochs eingeschlossen wird. Hubble taktete Material, das um das Schwarze Loch wirbelte und sich mit mehr als 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegte. Die NASA erklärte:
Das Schwarze Loch ist tief in sein Gravitationsfeld eingebettet, wie das grüne Gitter zeigt, das den verzogenen Raum darstellt. Das Gravitationsfeld ist so stark, dass das Licht nur schwer herausklettern kann, ein Prinzip, das in Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben wird. Das Material peitscht auch so schnell um das Schwarze Loch, dass es heller wird, wenn es sich der Erde auf einer Seite der Scheibe nähert und schwächer wird, wenn es sich wegbewegt. Dieser als relativistisches Strahlen bezeichnete Effekt wurde von Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie vorhergesagt.
Teammitglied Marco Chiaberge kommentierte:
Wir haben die Auswirkungen der allgemeinen und speziellen Relativitätstheorie im sichtbaren Licht noch nie so deutlich gesehen.
Fazit: Die Astronomen hatten nicht erwartet, eine dünne Scheibe um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 3147 zu sehen. Sie sagten, die Entdeckung helfe ihnen, die Physik der Schwarzen Löcher und ihrer Scheiben zu untersuchen. Die beteiligten Geschwindigkeiten und die Intensität der Anziehungskraft des Lochs selbst erfordern Einsteins Relativitätstheorien, um zu verstehen, was in diesem 130 Millionen Lichtjahre entfernten System geschieht.