Astronomer som använder NASA/ESA rymdteleskop Hubble har observerat en oväntad tunn skiva av material som omger ett supermassivt svart hål i hjärtat av spiralgalaxen NGC 3147, ligger 130 miljoner ljusår bort.

Närvaron av det svarta hålsskivan i en aktiv galax med så låg ljusstyrka har astronomerna förvånat. Svarta hål i vissa typer av galaxer som NGC 3147 anses svälta eftersom det inte finns tillräckligt med gravitationsfångat material för att mata dem regelbundet. Det är därför förbryllande att det finns en tunn skiva som omger ett svältande svart hål som efterliknar de mycket större skivorna som finns i extremt aktiva galaxer.

Av särskilt intresse, denna skiva av material som cirkulerar det svarta hålet erbjuder en unik möjlighet att testa Albert Einsteins relativitetsteorier. Skivan är så djupt inbäddad i det svarta hålets intensiva gravitationsfält att ljuset från gasskivan förändras, enligt dessa teorier, ger astronomer en unik titt på de dynamiska processerna nära ett svart hål.

"Vi har aldrig sett effekterna av både allmän och speciell relativitet i synligt ljus med så här mycket klarhet, " sa teammedlem Marco Chiaberge från AURA för ESA, STScI och Johns Hopkins University.

Skivans material mättes av Hubble för att virvla runt det svarta hålet med mer än 10 % av ljusets hastighet. Vid så extrema hastigheter, gasen verkar ljusna när den färdas mot jorden på ena sidan, och dämpas när den rusar bort från vår planet på den andra. Denna effekt är känd som relativistisk strålning. Hubbles observationer visar också att gasen är inbäddad så djupt i en gravitationsbrunn att ljus kämpar för att fly, och verkar därför utsträckt till rödare våglängder. Det svarta hålets massa är cirka 250 miljoner gånger solens.

"Det här är en spännande titt på en skiva mycket nära ett svart hål, så nära att hastigheterna och intensiteten av gravitationskraften påverkar hur vi ser ljusets fotoner, " förklarade studiens första författare, Stefano Bianchi, vid Università degli Studi Roma Tre i Italien.

För att studera saken som virvlar djupt inuti denna skiva, forskarna använde instrumentet Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS). Detta diagnostiska verktyg delar upp ljuset från ett objekt i dess många individuella våglängder för att bestämma objektets hastighet, temperatur, och andra egenskaper med mycket hög precision. STIS var en integrerad del för att effektivt observera området med låg ljusstyrka runt det svarta hålet, blockerar galaxens briljanta ljus.

Astronomerna valde ursprungligen denna galax för att validera accepterade modeller om aktiva galaxer med lägre ljusstyrka:de med undernärda svarta hål. Dessa modeller förutspår att skivor av material bör bildas när stora mängder gas fångas av ett svart håls starka gravitationskraft, sänder sedan ut massor av ljus och producerar en lysande fyr som kallas en kvasar.

"Den typ av skiva vi ser är en nedskalad kvasar som vi inte förväntade oss att existera, " Bianchi förklarade. "Det är samma typ av skiva som vi ser i föremål som är 1000 eller till och med 100 000 gånger mer lysande. Förutsägelserna av nuvarande modeller för mycket svaga aktiva galaxer misslyckades helt klart."

Teamet hoppas kunna använda Hubble för att leta efter andra mycket kompakta skivor runt svarta hål med låg ljusstyrka i liknande aktiva galaxer.

Lagets papper kommer att dyka upp i journalen Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .