Il Telescopio spaziale Hubble è come un vecchio cane che insegna costantemente alla comunità astronomica nuovi trucchi. Nel corso dei suoi quasi trent'anni di attività, ha rivelato dati vitali sull'espansione dell'Universo, la sua età, la Via Lattea, i buchi neri supermassicci (SMBH), altri sistemi stellari ed esopianeti e i pianeti del Sistema Solare .
Più recentemente, un team internazionale di ricercatori che utilizzava Hubble ha fatto una scoperta non solo affascinante ma del tutto inaspettata. Nel cuore della galassia a spirale NGC 3147, hanno individuato un sottile disco di gas vorticoso che era precariamente vicino a un buco posteriore che è di circa 250 milioni di masse solari. La scoperta è stata una sorpresa completa poiché il buco nero era considerato troppo piccolo per avere una tale struttura attorno.
Situato a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra, NGC 3147 è una galassia a spirale con un SMBH relativamente piccolo al suo interno. Le cose
Come Stefano Bianchi - un ricercatore dell'Università
“Questa è una sbirciatina intrigante su un disco molto vicino a un buco nero, così vicino che le velocità e l'intensità dell'attrazione gravitazionale stanno influenzando l'aspetto dei fotoni di luce. Non possiamo comprendere i dati se non includiamo le teorie della relatività ".
Nelle galassie più piccole come NGC 3147, non si suppone che ci sia abbastanza materiale catturato per gravità per alimentare regolarmente i loro SMBH, rendendoli effettivamente "buchi neri malnutriti". Come tale, è probabile che la piccola quantità di materiale in caduta che consumano si gonfia e formi un toro a forma di ciambella, piuttosto che appiattirsi in un disco sottile.
È stato quindi piuttosto sorprendente vedere un disco che circonda il buco nero in NGC 3147 che ricorda quelli più potenti trovati attorno a SMBH molto più grandi al centro di galassie estremamente attive. Come ha spiegato Ari Laor del Technion-Israel Institute of Technology:
"Abbiamo pensato che questo fosse il miglior candidato per confermare che al di sotto di determinate luminosità, il disco di accrescimento non esiste più. Quello che abbiamo visto è stato qualcosa di completamente inaspettato. Abbiamo scoperto che il gas in movimento produce caratteristiche che possiamo spiegare solo come prodotto dal materiale che ruota in un disco sottile molto vicino al buco nero. ”
Queste osservazioni sono state particolarmente sorprendenti poiché il gruppo di ricerca inizialmente ha selezionato NGC 3147 per convalidare i modelli accettati di galassie. Questi modelli prevedono che i dischi di accrescimento si formino quando il gas viene intrappolato da una forza gravitazionale di SMBH. Man mano che i dischi ottengono velocità dalla velocità rotatonale del buco nero, iniziano a emettere luce intensa, producendo un nucleare brillante noto come quasar.
Tuttavia, una volta che meno materiale viene inserito nel disco, inizia a rompersi e diventa più debole. Quando il team ha esaminato NGC 3147, si aspettava di vedere una galassia attiva a bassa luminosità con un buco nero malnutrito. Come ha spiegato Bianchi:
“Il tipo di disco che vediamo è un quasar ridotto che non ci aspettavamo di esistere. È lo stesso tipo di disco che vediamo in oggetti che sono 1.000 o addirittura 100.000 volte più luminosi. Le previsioni degli attuali modelli per la dinamica dei gas in galassie attive molto deboli sono chiaramente fallite. "
Come notato, poiché il disco è così profondamente incorporato nell'intenso campo gravitazionale del buco nero, la luce proveniente dal disco del gas viene modificata secondo la teoria della relatività generale di Einstein. Questa teoria descrive come la curvatura dello spazio-tempo viene alterata in presenza di un campo gravitazionale, che può anche influenzare il comportamento della luce (che è descritto dalla Teoria della relatività speciale di Einstein).
Sulla base delle loro osservazioni con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) di Hubble, il team ha determinato che il materiale nel disco si muoveva di oltre il 10% della velocità della luce. A queste velocità estreme, il materiale nel disco sembrava illuminarsi mentre viaggiava verso la Terra da un lato e si attenuava mentre si allontanava dall'altro (un effetto noto come raggio relativistico).
Le osservazioni di Hubble hanno anche mostrato che il gas è così incorporato nel pozzo gravitazionale del buco nero che la lunghezza d'onda della luce viene allungata, facendola apparire più rossa. Grazie alla risoluzione nitida di STIS, il team è stato in grado di isolare la debole luce proveniente dalla regione del buco nero e bloccare la luce contaminante. Come diceva Chiaberge:
"Senza Hubble, non saremmo stati in grado di vederlo perché la regione del buco nero ha una bassa luminosità. Le luminosità delle stelle nella galassia superano qualsiasi cosa nel nucleo. Quindi, se lo osservi da terra, sei dominato dalla luminosità delle stelle, che annega la debole emissione dal nucleo. "
Il team spera di basarsi su quest'ultima scoperta utilizzando Hubble per la ricerca di dischi compatti simili attorno a buchi neri a bassa luminosità. In caso di successo, le scoperte risultanti forniranno agli astronomi ulteriori opportunità per visualizzare la relatività in azione.
Lo studio che descrive le osservazioni del team è apparso di recente nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
