天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜发现了一个神秘的薄圆盘状物质，它围绕着一个超大质量黑洞猛烈旋转，该黑洞位于一个距地球约1.3亿光年的壮丽螺旋星系的中心。
研究人员说，根据目前的天文学理论，这个难题是这个圆盘不应该存在。然而，如此接近黑洞的圆盘的意外存在为检验阿尔伯特·爱因斯坦的相对论提供了一个独特的机会。广义相对论把引力描述为空间的曲率，狭义相对论描述时间与空间的关系。
该研究小组的论文于周四发表在《皇家天文学会月刊》的网络版上。
约翰·霍普金斯大学物理和天文系的副研究员马可·基亚伯吉说:“我们从未在可见光下如此清晰地看到广义相对论和狭义相对论的影响。”Chiaberge还隶属于欧洲航天局和巴尔的摩的太空望远镜科学研究所，是进行哈勃研究的团队成员之一。
该研究的第一作者、罗马特雷莫大学的斯特凡诺·比安奇补充说:“这是一个非常接近黑洞的圆盘的有趣的一瞥，如此接近以至于速度和引力的强度正在影响光子的样子。如果不包括相对论，我们就无法理解这些数据。”
天文学家最初选择这个星系是为了验证公认的低亮度活跃星系galaxies
2的模型。模型预测，当大量的气体被黑洞的强大引力捕获时，就会形成吸积盘。这种不断下落的物质会释放出大量的光，产生一种被称为类星体的明亮的信标，在营养最充足的黑洞的情况下。一旦进入圆盘的物质减少，它就开始分解，变得更模糊，并改变结构。
图片说明:这是一幅艺术家绘制的位于螺旋星系NGC 3147核心的超大质量黑洞的图片。围绕中心旋转的红黄相间的特征是巨大的黑洞强大的引力所捕获的气体发出的光芒。黑洞深埋在引力场中，如图所示的绿色网格显示了扭曲的空间。引力场如此强大，以至于光很难爬出来，这是爱因斯坦广义相对论中描述的一个原理。
图片来源:NASA、ESA、A. Feild和L. Hustak (STScI)
在某些类型的银河星系
2中，比如NGC 3147中的黑洞营养不良，因为没有足够的引力捕获物质来定期喂养它们。结果，这层薄薄的雾状物质就像甜甜圈一样膨胀起来，而不是像薄饼形状的圆盘一样变平。
因此，科学家们说，令人困惑的是，在NGC 3147中有一个薄圆盘围绕着一个饥饿的黑洞，它模仿了在极度活跃的星系中发现的更强大的圆盘，这些星系中有着膨胀的、巨大的黑洞。
位于以色列海法的以色列理工学院的Ari Laor说:“我们认为这是证实吸积盘不存在于某些亮度之下的最佳候选。”“我们看到的完全出乎意料。我们发现了运动产生气体的特征，我们只能解释为物质在非常接近黑洞的薄圆盘中旋转产生的。”
根据爱因斯坦的相对论，这个圆盘深深嵌在黑洞的强引力场中，以至于气体圆盘发出的光被改变了，这让天文学家们对黑洞附近的动态过程有了独特的观察。
哈勃记录了围绕黑洞旋转的物质以超过光速10%的速度运动。在这种极快的速度下，气体在一边向地球运动时似乎变亮，在另一边远离地球时变暗，这是一种被称为相对论光束的效应。哈勃的观测还表明，这种气体在重力井中根深蒂固，以至于光线很难爬出来，因此似乎被拉长到了更红的波长。黑洞的质量大约是2.5亿个太阳。
研究人员使用哈勃太空望远镜的成像光谱仪(STIS)来观察盘面深处旋转的物质。摄谱仪是一种诊断工具，它把物体上的光分成许多单独的波长，以非常精确地确定其速度、温度和其他特征。天文学家们需要STIS的高分辨率来将微弱的光从黑洞区域隔离出来，并阻挡污染的星光。
“如果没有哈勃，我们就不可能看到这些，因为黑洞区域的光度很低，”Chiaberge说。“星系中恒星的亮度比原子核中的任何东西都要亮。所以，如果你从地面上观察它，你就会被恒星的亮度所控制，而恒星的亮度掩盖了原子核发出的微弱辐射。”
研究小组希望利用哈勃望远镜在类似活跃星系的低瓦数黑洞周围寻找其他非常紧凑的圆盘。
参与这项研究的国际天文学家团队由比安奇组成;Chiaberge;Laor;罗伯特·安东努奇(加州大学圣巴巴拉分校，加州)，亚历山德罗·卡佩蒂(意大利都灵);弗朗西斯科·卡雷拉(西班牙桑坦德坎塔布里亚csicc大学);Fabio La Franca, Andrea Marinucci, Giorgio Matt, Riccardo Middei (Universita degli Studi Roma Tre, Roma, Italy);和弗朗西斯卡·帕内萨(意大利罗马天体物理学研究所)。
哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局(ESA)合作的一个国际项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学运作。STScI是由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运作的
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