1o, 2ο, 3ο

Χαμένες μαύρες τρύπες μεσαίου βάρους

Η γέννηση και η ανάπτυξη γαλαξιών είναι μια ατέρμονη διαδικασία, και οι ενδείξεις για την πρόωρη εξέλιξη των μαύρων οπών υπάρχουν σε όλο το Γαλαξία μας και σε όλο τον Κόσμο. Οι αστρονόμοι επομένως εξετάζουν σύγχρονα αστρονομικά αντικείμενα μήπως ανακαλύψουν ενδείξεις για τις προγονικές ρίζες τους.

Οι μαύρες τρύπες είναι παντού. Μόνο στον Γαλαξία μας θα μπορούσαν να υπάρχουν εκατομμύρια αστρικές μαύρες τρύπες. Αριθμός βασισμένος στην ανακάλυψη μερικών πρωτόγονων. Για αυτό και πρέπει να υπάρχουν όχι μόνο οι θηριώδεις ή οι μικρές αστρικές αλλά και οι μεσαίου βάρους μαύρες τρύπες, που να βεβαιώνουν την πορεία τους από τις μικρές έως τις τεράστιες.  Ορισμένοι αστρονόμοι είναι σίγουροι ότι έχουν βρει μερικές από αυτές, που μέχρι τώρα αποτελούν τον χαμένο κρίκο της εξέλιξης τους. Όμως είναι μεταξύ των πιο αμφισβητούμενων θεμάτων σε όλη αστρονομία.

Και αυτοί που λένε ότι βρέθηκαν και οι διαφωνούντες - για την ανακάλυψη του χαμένου κρίκου των μαύρων οπών - συνήθως συμφωνούν ότι ο όγκος μιας τεράστιας μαύρης τρύπας δεν έγινε μέσω των αρχικών συγχωνεύσεων. Μόλις επιτευχθεί μια κρίσιμη μάζα -- και αυτό δείχνει να γίνεται σε μια χρονική στιγμή που δεν μπορούν να δουν οι αστρονόμοι σήμερα, τότε η μαύρη τρύπα φαίνεται να κερδίζει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας της καταπίνοντας αέριο από το περιβάλλον της.

Οι μαύρες τρύπες είναι πολύ παλιές

Μπορούμε να στηρίξουμε τη νέα θεωρία με βάση την παλιά θεωρία της Κατάρρευσης: Στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης των γαλαξιών, πολλοί αστέρες θα κατανάλωσαν σύντομα τα καύσιμα τους, οπότε εξερράγησαν σαν υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα), αφήνοντας πίσω τους από μια μικρή μαύρη τρύπα, που καταβροχθίζει ύλη. Κατά συνέπεια, αφού οι μεγάλοι γαλαξίες διαθέτουν περισσότερη ύλη απ' ό,τι οι μικροί, οι μαύρες τρύπες στο κέντρο τους γίνονται κι αυτές μεγαλύτερες.

Οι θεωρητικοί της γένεσης των γαλαξιών υπολογίζουν ότι, σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα μπορεί να σχηματιστεί μέσα σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια. Δυστυχώς όμως, σήμερα γνωρίζουμε πολλές τέτοιες μαύρες τρύπες, που είναι πολύ παλιότερες απ' ό,τι αυτό το μοντέλο προβλέπει. Για παράδειγμα, ο δορυφόρος ακτίνων Χ Chandra της NASA εντόπισε μια μαύρη τρύπα με μάζα ενός δισεκατομμυρίου ηλιακών μαζών στο κέντρο του κβάζαρ SDSSp J1306. Η μαύρη αυτή τρύπα δημιουργήθηκε πριν περάσουν ένα δισεκατομμύριο χρόνια στην ιστορία του σύμπαντος. Υπερβολικά γρήγορα, δηλαδή, αν λάβουμε υπόψη μας την παλιά θεωρία.

Γι' αυτό, πολλοί αστρονόμοι πρότειναν την αντίστροφη λύση: Ίσως να μην αναπτύχθηκαν οι μαύρες τρύπες χάρη στους γαλαξίες. Μπορεί οι μαύρες τρύπες να λειτούργησαν σαν μικροί σπόροι στο νεαρό σύμπαν, και από αυτές να σχηματίστηκαν τα πάντα. Εάν παραχωρήσει κανείς στις μαύρες τρύπες το ρόλο του υποκινητή της όλης διαδικασίας με βάση το Ιεραρχικό Πρότυπο, προκύπτει ένα μοντέλο που εναρμονίζεται πλήρως με τις παρατηρήσεις των αστρονόμων, αν και πολλά ερωτηματικά παραμένουν ακόμη αναπάντητα.

Το συγκεκριμένο μοντέλο σχηματισμού του Γαλαξία μας, αλλά και των μυριάδων άλλων γαλαξιών του σύμπαντος, υποστηρίζει τα εξής: Τα πρώτα ουράνια σώματα που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν μια ομάδα άστρων τεραστίων διαστάσεων, πολλά από τα οποία -λόγω της μάζας τους, που έφτανε μέχρι και τη μάζα 200 ήλιων- εξάντλησαν τα καύσιμα τους σε μόλις 10 εκατομμύρια χρόνια. Στη φάση που έγιναν υπερκαινοφανείς, εξερράγησαν και η σκόνη τους σκορπίστηκε στο διάστημα υπό μορφή βαρέων στοιχείων. Οι υπερκαινοφανείς αστέρες άφησαν πίσω τους μικρές μαύρες τρύπες, οι οποίες μπόρεσαν να ασκήσουν έλξη στην επόμενη γενιά άστρων, σκόνης και αερίων, δημιουργώντας έτσι μικρούς γαλαξίες-βρέφη. Με την πάροδο πολλών εκατομμυρίων ετών, αυτοί οι γαλαξίες-βρέφη άρχισαν να συγχωνεύονται, σχηματίζοντας μεγαλύτερους γαλαξίες, σαν τον δικό μας.

Μέγα συγχωνεύσεις

Σε αντίθεση με όσα έχουν υποστηριχτεί παλιότερα, η δημιουργία του Γαλαξία δεν αποτελεί ένα κεφάλαιο που έχει κλείσει - συνεχίζεται και θα συνεχίζεται στο απώτερο μέλλον. Οι αστρονόμοι, για παράδειγμα, παρατηρούν τεράστιες ποσότητες αερίων, οι οποίες, κάθε λεπτό, εισβάλλουν στο Γαλαξία μας και σχηματίζουν νέα άστρα.

Εκτός αυτού, ο Γαλαξίας μας καταβροχθίζει ασταμάτητα γειτονικούς μικρότερους γαλαξίες. Οι αστρονόμοι, επιπλέον, προβλέπουν και μια μεγάλη γαλαξιακή σύγκρουση. Η τοπική μας γαλαξιακή ομάδα αποτελείται από 40 περίπου γαλαξίες, από τους οποίους ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι ο μεγαλύτερος.

Προς το παρόν, ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο Γαλαξίας μας πλησιάζουν ο ένας τον άλλο με ταχύτητα 500.000 χιλιομέτρων την ώρα και, σύμφωνα με τις προβλέψεις, θα συγκρουστούν σε 3 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια. Η σύγκρουση αυτή θα εξαπολύσει έναν κυκεώνα βαρυτικών δυνάμεων, οι οποίες θα ενώσουν την ύλη των δύο γαλαξιών, σχηματίζοντας, μερικά δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, ένα νέο - ελλειπτικό - υπερ-γαλαξία.

Αντί, λοιπόν, να θεωρούμε τους γαλαξίες απολιθώματα του σύμπαντος, θα έπρεπε να τους βλέπουμε σαν πολύπλοκους ζωντανούς οργανισμούς, που αναπτύσσονται σε στενή αλληλεπίδραση με άλλους γαλαξίες. Ωστόσο, κάποτε, η αλληλεπίδραση αυτή θα σταματήσει. Αυτό θα γίνει όταν η διαστολή του σύμπαντος απομακρύνει τους γαλαξίες τόσο πολύ τον έναν από τον άλλον, ώστε αυτοί να αρμενίζουν σαν μικρά απομονωμένα νησιά στην κοσμική θάλασσα. Τότε, οι μαύρες τρύπες θα σφραγίσουν τη μοίρα των γαλαξιών, καθώς, αργά αλλά σταθερά, θα τους καταβροχθίζουν από το εσωτερικό τους.

Κάποια ημέρα λοιπόν ο Γαλαξίας μας και ο γειτονικός γαλαξίας Ανδρομέδα μπορεί να έρθουν τόσο κοντά, που η μορφή τους θα διαστρεβλωθεί τόσο πολύ, που δεν θα αναγνωρίζονται.

Η συγχώνευση των γαλαξιών είναι σχεδόν σίγουρη και πιστεύεται ότι έχει συμβάλει σημαντικά στην προηγούμενη αύξηση και του Γαλαξία μας. Το νεαρό σύμπαν, που δεν είχε επεκταθεί ακόμα πολύ, ήταν απίστευτα συσσωρευμένο. Και οι δημιουργούμενοι γαλαξίες τότε είχαν μεγάλες πιθανότητες να συγκρουστούν.

Εάν δύο γαλαξίες συγχωνεύονται, αυτό κάνουν και οι μαύρες τρύπες τους. Ένα πρόσφατο υπολογιστικό μοντέλο αποκαλύπτει ότι το γεγονός αυτό θα ήταν βίαιο, εξαπολύοντας τεράστια ακτινοβολία καθώς το αέριο είναι παγιδευμένο μεταξύ των δύο μαύρων τρυπών και κινείται με τρομακτική ταχύτητα προς την πιο μεγάλη.

Οι γαλαξιακές συγχωνεύσεις γίνονται σε εκατομμύρια χρόνια, κι έτσι δεν είναι εύκολο να παρατηρηθεί η εξέλιξη τους.

Στην καρδιά του γαλαξία NGC 6240 οι αστρονόμοι βρήκαν το 2003 όχι μία αλλά δύο μαύρες τρύπες, κατά προσέγγιση 3.000 έτη φωτός μακριά μας, που τείνουν να συγχωνευτούν. Οι παρατηρήσεις με το Chandra δείχνουν ότι ο NGC 6240 είναι στην πραγματικότητα δύο γαλαξίες που άρχισαν να συγχωνεύονται πριν περίπου 30 εκατομμύρια έτη.

Κρυμμένοι από τη σκόνη το ζευγάρι των μαύρων οπών βρίσκεται κάπου εκεί μέσα

Άλλες ενδείξεις για τις μέγα συγχωνεύσεις προέρχονται από τα σχετικά κοντινά κβάζαρ.

Ο Richard Larson, ένας αστρονόμος στο Yale που μελετά το σχηματισμό των άστρων στους γαλαξιακούς πυρήνες, λέει ότι οι γαλαξίες μπορούν να περάσουν από διάφορες φάσεις κβάζαρ κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Μελετώντας κβάζαρ - σε λογικότερες αποστάσεις - έχει δει σημάδια πρόσφατων συγχωνεύσεων μεταξύ δύο γαλαξιών ή άλλες αλληλεπιδράσεις μεγάλης κλίμακας που έπαιξαν το ρόλο του ερεθίσματος.

Και όπως εξηγεί ο Larson οι αλληλεπιδράσεις και οι συγχωνεύσεις είναι ένας άριστος τρόπος να διαφύγει πολύ αέριο στο κέντρο ενός γαλαξία. Και το πρώτο πράγμα που κάνει αυτό το αέριο είναι να δημιουργήσει ξαφνικά έναν τεράστιο αριθμό άστρων.

Η εποχή του έντονου σχηματισμού άστρων φαίνονται να διαρκούν περίπου 10 έως 20 εκατομμύρια έτη γύρω από ένα τυπικό κβάζαρ, την κατακλυσμιαία έκρηξη ενέργειας από το κέντρο ενεργών γαλαξιών στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας.

Αλλά κάποια ποσότητα από το αέριο αυτό δεν πηγαίνει στην παραγωγή των άστρων αλλά πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Αυτή η βίαια φάση - της κατανάλωσης αερίου από τη μαύρη τρύπα - παρατηρείται πολύ εύκολα, επειδή η ενέργεια που ελευθερώνεται μετατρέπει το εισερχόμενο αέριο και τη σκόνη σε ένα λαμπρό νέφος. Τελικά, το χάος τελειώνει και τότε γίνονται ορατά τα νέα άστρα. Αργότερα, το ίδιο το κβάζαρ μένει γυμνό και ηρεμεί.

Ο Larson έχει υπολογίσει ότι αυτό το σενάριο για τη 'σίτιση' των μαύρων τρυπών ισχύει πιθανώς και για τα πιο απόμακρα κβάζαρ. Και υποστηρίζει την άποψη ότι οι μαύρες τρύπες στην πραγματικότητα κερδίζουν το μεγαλύτερο μέρος του όγκου τους από το αέριο που προσελκύουν.

Νέες ιδέες

Για να καταλάβουν καλύτερα τη συνεξέλιξη, οι αστρονόμοι θα πρέπει να δουν περισσότερα φαινόμενα στο σύμπαν και με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Και όπως λένε οι προοπτικές είναι καλές, ειδικά προς το τέλος αυτής της δεκαετίας.

Το δορυφορικό πρόγραμμα LISA για την έρευνα των βαρυτικών κυμάτων που γεννιούνται και από τις συγχωνεύσεις των μαύρων οπών, ίσως παρουσιάσει αποδείξεις ότι  εμφανίζονται τέτοιες κολοσσιαίες συγκρούσεις στο σύμπαν. Ο δορυφόρος αυτός της NASA είναι έχει προγραμματιστεί να πετάξει το 2008.

Χρειαζόμαστε, επίσης, να κατανοήσουμε πολύ καλύτερα και την φύση της σκοτεινής ύλης. Η συμβολή πολλών τηλεσκοπίων είναι απαραίτητη για να την κατανοήσουμε, αλλά δεδομένου ότι κανένας δεν ξέρει τι είναι ακριβώς αυτή η ουσία, η πρόβλεψη οποιουδήποτε είδους είναι ιδιαίτερα θεωρητική.

Επίσης, πρέπει να ερευνηθούν πλήρως συγκεκριμένοι μηχανισμοί των μαύρων οπών. Μέχρι στιγμής, οι θεωρητικοί δεν ξέρουν ακόμη ακριβώς πώς η ύλη απορροφάται και καταναλώνεται.

Ο Roger Blandford, ο θεωρητικός αστροφυσικός του Caltech, έχει προτείνει έναν νέο τρόπο να αποδείξει ότι οι αρχικές συγχωνεύσεις στο σύμπαν δεν είχαν σοβαρή συνεισφορά στην αύξηση μαύρων οπών. Ο Blandford αναφέρει ότι δύο αρχικές παράμετροι χαρακτηρίζουν τις μαύρες τρύπες. Η μάζα είναι η προφανέστερη. Και η άλλη είναι η περιστροφή.

Ναι, οι μαύρες τρύπες φαίνονται να περιστρέφονται. Την ιδέα αυτή υπαινίσσονται παρατηρήσεις που έγιναν το Μάιο του 2001 αλλά δεν έχει αποδειχθεί ακόμα.  Αλλά εάν η περιστροφή μπορεί να αποδειχθεί ότι είναι μια καθολική ιδιότητα των μαύρων οπών, τότε ο ρυθμός περιστροφής τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συμπεράνουμε κάτι πολύ σημαντικό για την ιστορία μιας μαύρης τρύπας.

Εάν λοιπόν οι μαύρες τρύπες αυξάνονται με τη συγχώνευση, από συνδυασμούς μαύρων οπών, θα πρέπει να επιβραδύνεται η περιστροφή τους αρκετά γρήγορα. Έτσι αν δούμε μαύρες τρύπες να περιστρέφονται γρήγορα, τότε πιθανώς δεν αυξήθηκαν με τη συγχώνευση, αλλά έχουν αναπτυχθεί με την προσαύξηση αερίου.

Το πιο σημαντικό όμως είναι να βρούμε κβάζαρ στις πρώτες περιόδους του σύμπαντος.

Το Hubble μπορεί να μελετήσει κβάζαρ πολύ παλιούς αλλά ο διάδοχος του, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Web (JWST), που προγραμματίζεται να πετάξει το 2011, θα είναι το καλύτερο όργανο για την παρατήρηση αντικειμένων της Κοσμικού Μεσαίωνα.

1o, 2ο, 3ο