La presenza del disco del buco nero in una galassia attiva a così bassa luminosità ha sorpreso gli astronomi. I buchi neri in certi tipi di galassie come NGC 3147 sono considerati “alla fame” in quanto non vi è sufficiente materiale catturato gravitazionalmente per nutrirli regolarmente. È quindi sconcertante che ci sia un disco sottile che circonda un buco nero come questo, che imita i dischi molto più grandi trovati in galassie estremamente attive.
Le teorie della relatività di Albert Einstein
Di particolare interesse, questo disco di materiale che circonda il buco nero offre un’opportunità unica per testare le teorie della relatività di Albert Einstein. Il disco è così profondamente incorporato nell’intenso campo gravitazionale del buco nero che la luce proveniente dal disco di gas viene alterata, seguendo queste teorie, permettendo agli astronomi uno sguardo ai processi dinamici nei pressi di un buco nero.
“Non abbiamo mai visto gli effetti della relatività generale e speciale nella luce visibile con questa chiarezza”, ha detto il membro del team Marco Chiaberge di AURA per ESA, STScI e Johns Hopkins Univeristy.
Il materiale del disco è stato misurato da Hubble per girare attorno al buco nero a oltre il 10% della velocità della luce. A tali velocità estreme, il gas sembra schiarirsi mentre viaggia verso la Terra e si affievolisce mentre si allontana dal nostro pianeta. Questo effetto è noto come irradiazione relativistica. Le osservazioni di Hubble mostrano anche che il gas è immerso così profondamente in un pozzo gravitazionale che la luce sta lottando per sfuggire, e quindi appare allungata a lunghezze d’onda più rosse. La massa del buco nero è circa 250 milioni di volte quella del Sole.
Il disco del buco nero
“Questo è uno sguardo intrigante a un disco molto vicino a un buco nero, così vicino che le velocità e l’intensità della forza gravitazionale influenzano il modo in cui vediamo i fotoni di luce”, ha spiegato il primo autore dello studio, Stefano Bianchi, dell’Università degli Studi Roma Tre in Italia.
Per studiare la materia che turbina in profondità all’interno di questo disco, i ricercatori hanno utilizzato lo strumento Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS). Questo strumento diagnostico divide la luce proveniente da un oggetto nelle sue molteplici lunghezze d’onda individuali, per determinare la velocità dell’oggetto stesso, la temperatura e altre caratteristiche con una precisione molto elevata. STIS è stato integrato per osservare efficacemente la regione a bassa luminosità attorno al buco nero, bloccando la luce brillante della galassia.
Una galassia attiva a bassa luminosità
Gli astronomi inizialmente hanno selezionato questa galassia per convalidare i modelli accettati sulle galassie attive a bassa luminosità: quelle con i buchi neri “malnutriti”. Questi modelli prevedono che i dischi di materiale dovrebbero formarsi quando ampie quantità di gas sono intrappolate dalla forte attrazione gravitazionale di un buco nero, emettendo successivamente molta luce e producendo un faro brillante chiamato quasar.
“Il tipo di disco che vediamo è un quasar ridimensionato che non ci aspettavamo esistesse”, ha spiegato Bianchi. “È lo stesso tipo di disco che vediamo in oggetti che sono 1.000 o anche 100.000 volte più luminosi. Le previsioni degli attuali modelli per galassie attive molto deboli chiaramente falliscono.”
Il team spera di utilizzare Hubble per cercare altri dischi molto compatti intorno a buchi neri a bassa luminosità in galassie attive simili.
