Astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA gebruiken, hebben een onverwacht dunne schijf van materiaal waargenomen die een superzwaar zwart gat in het hart van het spiraalstelsel NGC 3147 omcirkelt, op 130 miljoen lichtjaar afstand.

De aanwezigheid van de schijf van het zwarte gat in zo'n actief sterrenstelsel met een lage helderheid heeft astronomen verrast. Zwarte gaten in bepaalde soorten sterrenstelsels, zoals NGC 3147, worden als uitgehongerd beschouwd omdat er onvoldoende door de zwaartekracht opgevangen materiaal is om ze regelmatig te voeden. Het is daarom raadselachtig dat er een dunne schijf is die een uitgehongerd zwart gat omringt die de veel grotere schijven nabootst die in extreem actieve sterrenstelsels worden aangetroffen.

Van bijzonder belang, deze schijf van materiaal die om het zwarte gat cirkelt, biedt een unieke kans om de relativiteitstheorieën van Albert Einstein te testen. De schijf is zo diep ingebed in het intense zwaartekrachtveld van het zwarte gat dat het licht van de gasschijf wordt veranderd, volgens deze theorieën, astronomen een uniek kijkje geven in de dynamische processen in de buurt van een zwart gat.

"We hebben de effecten van zowel de algemene als de speciale relativiteitstheorie in zichtbaar licht nog nooit zo duidelijk gezien, " zei teamlid Marco Chiaberge van AURA voor ESA, STScI en Johns Hopkins University.

Het materiaal van de schijf werd door Hubble gemeten om met meer dan 10% van de lichtsnelheid rond het zwarte gat te wervelen. Bij zulke extreme snelheden, het gas lijkt op te helderen als het aan één kant naar de aarde reist, en dimt terwijl het aan de andere kant van onze planeet wegsnelt. Dit effect staat bekend als relativistisch stralen. Hubble's waarnemingen laten ook zien dat het gas zo diep in een zwaartekrachtbron is ingebed dat licht moeite heeft om te ontsnappen, en lijkt daarom uitgerekt tot rodere golflengten. De massa van het zwarte gat is ongeveer 250 miljoen keer die van de zon.

"Dit is een intrigerende blik op een schijf heel dicht bij een zwart gat, zo dichtbij dat de snelheden en de intensiteit van de zwaartekracht invloed hebben op hoe we de fotonen van licht zien, " legde de eerste auteur van de studie uit, Stefano Bianchi, van Università degli Studi Roma Tre in Italië.

Om de materie te bestuderen die diep in deze schijf wervelt, de onderzoekers gebruikten het Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) -instrument. Dit diagnostische hulpmiddel verdeelt het licht van een object in zijn vele individuele golflengten om de snelheid van het object te bepalen, temperatuur, en andere kenmerken met zeer hoge precisie. STIS was een integraal onderdeel van het effectief observeren van het gebied met lage helderheid rond het zwarte gat, het schitterende licht van de melkweg blokkeren.

De astronomen selecteerden dit sterrenstelsel aanvankelijk om geaccepteerde modellen over actieve sterrenstelsels met een lagere helderheid te valideren:die met ondervoede zwarte gaten. Deze modellen voorspellen dat schijven van materiaal zich zouden moeten vormen wanneer grote hoeveelheden gas worden vastgehouden door de sterke zwaartekracht van een zwart gat, vervolgens veel licht uitstralend en een schitterend baken producerend, een quasar genaamd.

"Het type schijf dat we zien is een verkleinde quasar waarvan we het bestaan ​​niet hadden verwacht, " legde Bianchi uit. "Het is hetzelfde type schijf dat we zien in objecten die 1000 of zelfs 100 000 keer helderder zijn. De voorspellingen van de huidige modellen voor zeer zwakke actieve sterrenstelsels hebben duidelijk gefaald."

Het team hoopt Hubble te gebruiken om te jagen op andere zeer compact discs rond zwarte gaten met een lage helderheid in vergelijkbare actieve sterrenstelsels.

De paper van het team zal verschijnen in het journaal de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .