天文新发现:奇特黑洞吸积盘挑战标准模型

萧路

【正见新闻网2019年07月16日】

NGC 3147中心黑洞想象图。 Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser

最近,哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)发现了一个奇特的黑洞吸积盘。它位于距离我们1.3亿光年的旋涡星系NGC 3147中心的超大质量黑洞周围。这个超大质量黑洞的质量大约是太阳的2.5亿倍。

这个新发现令天文学家非常惊讶,因为标准模型预测这样的吸积盘不应该存在。低光度活动星系标准模型预测,只有当周围有大量星际气体被黑洞的引力场束缚时,才会形成吸积盘。这样的黑洞系统会产生大量辐射,被称为类星体。而NGC 3147的超大质量黑洞周围的辐射强度很低,科学家一直以为这样的黑洞周围没有足够的星际物质来形成吸积盘。

“然而我们却看到了一个薄吸积盘,就像一个缩小版的类星体。我们根本没想到它会存在。” 论文的第一作者,意大利罗马第三大学的Stefano Bianchi教授解释说。 “类似的吸积盘一般只会在亮度是达到NGC 3147的1000甚至10万倍的类星体中看到。显然我们现有的低光度活动星系标准模型是有问题的。“

研究团队希望利用哈勃望远镜寻找更多类似活跃星系中的吸积盘。这样就可以测试此次发现的吸积盘是否是个例,抑或是必须修改标准模型。

有趣的是,这个吸积盘提供了一个独特的测试爱因斯坦相对论的机会。根据广义相对论,吸积盘所发出的光会被黑洞强烈的引力扭曲。这样一来,天文学家就能够看到非常靠近黑洞的光的动态过程。

“我们从未在可见光下如此清晰的看到相对论效应。”论文作者之一,美国空间望远镜研究所(STScI)的Marco Chiaberge表示。

研究人员使用了哈勃太空望远镜的成像光谱仪(STIS)来研究吸积盘。这个仪器能够将辐射分成多个单独的波长,以非常高的精度确定发光物体的速度,温度和其他特性。

根据哈勃望远镜的观测,吸积盘以超过10%光速的速度绕黑洞旋转。在如此极端的速度下,吸积盘朝向地球转的一侧会变亮,而远离地球转的另一侧则会变暗。这种效应称为相对论射束效应。哈勃望远镜的观测结果还表明,由于吸积盘离黑洞很近,黑洞强大的引力甚至把光线拖拽到更红的波长。

“这个发现非常有趣。我们可以看见黑洞周围的强大引力场影响了我们看到的光子。” Stefano Bianchi教授说。
研究结果发表于2019年7月11日的《皇家天文学会月报》上。
 
 

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