|
Εξελισσόμενη ιδέα
Οι απόψεις για τη συν-εξέλιξη άρχισαν να εμφανίζονται στα μέσα της
δεκαετίας του 1990 όταν οι ερευνητές βρήκαν σημάδια ότι η ύπαρξη μιας
τεράστιας μαύρης τρύπας στο κέντρο ενός γαλαξία, σχετιζόταν με τη μορφή του
γαλαξία, λέει ο Martin Haehnelt του Πανεπιστημίου του Cambridge. Μόνο οι
γαλαξίες με μια σφαιρική διόγκωση στο κέντρο τους φαινόταν να φιλοξενούν
υπερβαρέες μαύρες τρύπες.
Ο δικός μας Γαλαξίας, αν μπορούσαμε να τον δούμε, θα ήταν
ένα καλό παράδειγμα για αυτά τα γαλαξιακά εξογκώματα: Φανταστείτε την
εικόνα ενός ιπτάμενου δίσκου, με ένα πιο πεπλατυσμένο δίσκο. Ο Γαλαξίας
μας είναι μικρότερος από ό,τι πολλοί άλλοι γαλαξίες,
όμως, έχει και μια αντίστοιχα μικρότερη τεράστια μαύρη τρύπα - με μάζα περίπου 2,6
εκατομμύρια ήλιους. Είναι σχεδόν βέβαιο ότι κάποτε και ο Γαλαξίας μας
πέρασε την
φάση του κβάζαρ.
Σε κάθε περίπτωση, στα μέσα της δεκαετίας του 1990 κανείς δεν γνώριζε με
βεβαιότητα πώς επεκράτησαν οι μαύρες τρύπες. Θεωρία και ορισμένα
παρατηρησιακά δεδομένα έδιναν μεγάλη πιθανότητα να ήταν πανταχού παρούσες.
Στη συνέχεια, το 2000, αστρονόμοι βρήκαν αδιάσειστα στοιχεία ότι οι
μαύρες τρύπες κρύβονται βαθιά μέσα στην καρδιά πολλών γαλαξιών και πιθανότατα
σε όλους τους γαλαξίες,
που έχουν την κλασική κεντρική διόγκωση από αστέρια. Περαιτέρω, η ανάλυση
έδειξε άμεση σχέση μεταξύ της μάζας κάθε μαύρης τρύπας και της μορφής και
της έκτασης της διόγκωσης όπως και το συνολικό μέγεθος του γαλαξία που την
φιλοξενεί.
Τον Ιούνιο του 2000, ο John Kormendy του Πανεπιστημίου
του Τέξας στο Όστιν, παρουσίασε στοιχεία για 10 μαύρες τρύπες μαμούθ των
οποίων οι μάζες σχετίζονται με τις γαλαξιακές διογκώσεις. Μαζί με άλλους
αστρονόμους έκανε κι
άλλες μελέτες για την από κοινού εξέλιξη μαύρων οπών και γαλαξιών,
προκειμένου να βρουν ποσοτικά δεδομένα για τη θεωρία αυτή.
Έτσι, γρήγορα η ιδέα της συν-εξέλιξης άρχισε να συζητείται ευρύτερα και έγινε δεκτή
από πολλούς. Το 2001, δύο ξεχωριστές
ομάδες έδειξαν ότι πολλοί μικρότεροι γαλαξίες που δεν έχουν κεντρικές
διογκώσεις
δεν φαίνεται να περιέχουν σημαντικές μαύρες τρύπες.
Κατά τη διάρκεια του τελευταίου χρόνου, προέκυψαν κι άλλες σημαντικές μελέτες
έδωσαν μια ανεξάρτητη επιβεβαίωση για τις
πρώτες εργασίες. Έτσι γίνεται όλο και πιο σαφές ότι οι υπερβαρέες
μαύρες τρύπες μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην αλλαγή της διάρθρωσης
και της εξέλιξης των γαλαξιών."
Η πρώτη μεγάλης κλίμακας επιστημονική συνάντηση αφιερωμένη στην
συν-εξέλιξη
πραγματοποιήθηκε μόλις πριν από έξι μήνες, υπό την αιγίδα των παρατηρητηρίων Carnegie.
Υπάρχουν πολλές παραλλαγές για την βασική θεωρία της συν-εξέλιξης. Κάθε
παραλλαγή επιχειρεί να εξηγήσει ένα εξοργιστικό γεγονός: Σε 500
εκατομμύρια χρόνια γεννήθηκαν αόρατες σφαίρες της ύλης (μαύρες
τρύπες δηλαδή), και πολλές από αυτές απέκτησαν μια μάζα ίση με 1 δισ. ήλιους
και καθοδήγησαν το σχήμα και την υφή των περιστρεφόμενων συσσωρεύσεων από νεογέννητα άστρα.
Η συν-εξέλιξη δεν είναι πάντως μια τελειωμένη υπόθεση. Ίσως, έχουν
προτείνει ορισμένοι, μια τεράστια μαύρη τρύπα απλώς σχηματίζεται με την κατάρρευση
ενός προ-γαλαξιακού νέφους και λειτουργεί έτσι σαν μια μηχανή που προωθηθεί
την περαιτέρω
ανάπτυξη του γαλαξία. Ακόμη και αφοσιωμένοι οπαδοί της συν-εξέλιξης λένε
ότι
εξακολουθούν να υπάρχουν βιώσιμες θεωρίες, που δεν έχουν ακόμα
αντικρουστεί,
που βάζουν την τεράστια μαύρη τρύπα στην πρώτη θέση, και άλλες που θεωρούν το
γαλαξία αποκλειστικά υπεύθυνο για να καθοδηγήσει τη δημιουργία μιας μαύρης
τρύπας.
Αν οι μαύρες τρύπες αυξάνονταν σταδιακά, δεν είναι σαφές αν η συνεργασία επικρατούσε από την αρχή, ή αν εμφανίστηκε
όταν συγκεντρώθηκε μια
ορισμένη ποσότητα μάζας στη μαύρη τρύπα.
Όμως ο αστρονόμος Martin Rees
του Πανεπιστημίου του Cambridge πιστεύει ότι δεν φαίνεται ακόμα καθαρά εάν
οι μαύρες τρύπες διαδραματίζουν κανένα ρόλο στο σχηματισμό των πρώτων
γαλαξιών.
"Πράγματι," λέει ο Martin, "υπάρχει μεγάλη συζήτηση για το αν
οι μαύρες
τρύπες μπορούν να σχηματιστούν σε πολύ μικρούς γαλαξίες, και κατά πόσο
υπάρχει σύνδεση μεταξύ των "μικρών" οπών που δημιουργούνται μετά
την κατάρρευση πολύ μεγάλων άστρων, και των οπών πάνω από ένα
εκατομμύριο ηλιακές μάζες που υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών. "
Μια άλλη σκοτεινή ύλη
Υπάρχει όμως σε όλες αυτές τις συζητήσεις ένα φοβερά άγνωστο
υλικό : η σκοτεινή ύλη.
Η σκοτεινή ύλη, που ακόμη δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ, διαπερνά όλους τους γαλαξίες, πιστεύουν
οι ερευνητές. Μία άλως ή φωτοστέφανος από σκοτεινή ύλη περιβάλλει το
Γαλαξία μας. Η σκοτεινή
ύλη δεν αλληλεπιδρά με το φως, αλλά διαθέτει μεγάλη βαρυτική ισχύ,
ενεργώντας ως αόρατη κόλλα για να βοηθήσει ώστε να κρατά μαζί τους
γαλαξίες.
Η σκοτεινή ύλη λαμβάνεται υπόψη στα κύρια μοντέλα της συνεξέλιξης, αλλά
μόνο με μια γενική, συνολική άποψη. Ορισμένοι ερευνητές, ωστόσο, νομίζουν πως
η σκοτεινή ύλη συνδέεται σαφώς με
έναν γαλαξία από τη γέννηση έως την ανάπτυξη του, περισσότερο και από μια
μαύρη τρύπα.
Μόλις πριν δύο μήνες ανακοινώθηκε η πρώτη πιθανή άμεση απόδειξη για την
άλω σκοτεινής ύλης γύρω από πολύ αρχαία κβάζαρ. Η διαπίστωση αυτή, από
τους Rennan
Barkana του Πανεπιστημίου Τελ Αβίβ και τον αστρονόμο Abraham Loeb του
Χάρβαρντ,
φαίνεται να είναι η πρώτη ματιά στην ανατομία των πιο μακρινών κβάζαρ.
Είναι σημαντικό, ότι η ανακάλυψη υποστηρίζει τις θεμελιώδεις ιδέες της συν-εξέλιξης,
εξηγεί ο Loeb. Αλλά γίνεται επίσης σαφές ότι η σκοτεινή ύλη δεν πρόκειται να
απορριφθεί σε καμιά θεωρία για τη συνεξέλιξη.
Η Laura Ferrarese, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Rutgers, ανέλυσε τα νέα
ευρήματα της σκοτεινής ύλης. Λέει ότι δείχνουν πως μια υπερβαρέα μαύρη
τρύπα, τα αστέρια γύρω της και μια συμπαγής άλω από σκοτεινή ύλη δουλεύουν
μαζί για τη δημιουργία δομής.
Καλλιτεχνική εικόνα: Μια μαύρη τρύπα απορροφά αέριο και δημιουργούνται
ραδιοκύματα έως ακτίνες-Χ, που φωτίζουν ολόκληρη την περιοχή,
συγκαλύπτοντας το τι συμβαίνει. Κι αυτό είναι που φτιάχνει ένα κβάζαρ
Με κάποια άλλα δεδομένα, η Ferrarese είδε τον ρόλο της σκοτεινής ύλης
να είναι ο πιο σημαντικός, ή τουλάχιστον πιο προφανή από ό,τι νομίζουν πολλοί θεωρητικοί.
"Υπάρχει ένας παρατηρητικός συσχετισμός μεταξύ της μάζας της μαύρης τρύπας και
της
μάζας της σκοτεινής ύλης στην άλω, δεν είναι απαραιτήτως η μάζα του ίδιου
του γαλαξία", παρατηρεί.
Μέσω αυτών των θολών πληροφοριών και των διαφορετικών απόψεων,
οι θεωρητικοί πρέπει να δουλέψουν για να εξηγήσουν ένα στέρεο και
εκπληκτικό γεγονός: Κάπου μεταξύ 300 και 800 εκατομμύρια
χρόνια μετά το Big Bang, έχουν γεννηθεί οι πρώτες μαύρες τρύπες με μια
μάζα μεγαλύτερη από 1 δισεκατομμύρια ήλιους.
Τώρα, πριν να διερωτηθείτε πώς φτιάχτηκαν αυτές οι τεράστιες μαύρες τρύπες του πρώιμου σύμπαντος
σκεφτείτε το εξής: Μια μαύρη τρύπα κατέχει συνήθως πολύ λιγότερο από το 1% της συνολικής μάζας του γαλαξία
που βρίσκονται.
Φως στον Κοσμικό Μεσαίωνα
Η πρώιμη ιστορία των μαύρων οπών - ξεκίνησε 500 εκατομμύρια χρόνια
μετά τη Μεγάλη Έκρηξη - είναι
συνδεδεμένη με την ανάπτυξη των πρώτων άστρων. Για να μάθουμε τι έγινε
πρέπει
πρώτα να κάνουμε μια γρήγορη κίνηση προς το ξεκίνημα του Κόσμου.
Όταν γεννήθηκε το σύμπαν, δεν υπήρχε τίποτα αλλά παρά μόνο το υδρογόνο, το ήλιο και
λίγο λίθιο. Για περίπου 370.000 χρόνια δεν είχε
συμβεί τίποτα σημαντικό. Το αέριο ήταν πολύ συμπυκνωμένη και,
συνεπώς, πολύ καυτό για να είναι σταθερό. Σταδιακά, το σύμπαν επεκτάθηκε και ψύχθηκε αρκετά
οπότε το αέριο μπορούσε να
επανασυνδεθεί και να σταθεροποιηθεί σε ουδέτερες καταστάσεις, εξηγούν οι
επιστήμονες.
Το υδρογόνο ήταν ακόμα πολύ καυτό για να σχηματίσει άστρα, γι αυτό και το
σύμπαν χρειαζόταν κι άλλη διαστολή για να ψυχθεί. Ακολούθησε ένα μεγάλο
χρονικό διάστημα από ένα βαρετό σκοτάδι, στο οποίο κάποιοι κυματισμοί άρχισαν να ανακατεύουν τον
ομαλό ιστό μέχρι τότε του διαστήματος.
"Για 300 εκατομμύρια χρόνια, δεν έγινε τίποτα", εξηγεί ο Rogier
Windhorst, αστρονόμος
στο πανεπιστήμιο της Αριζόνας. "Το σύμπαν απλώς καθόταν εκεί.
Τότε ξαφνικά άρχισαν να λάμπουν τα πρώτα αστέρια."
Το ακριβές χρονοδιάγραμμα για το πρώτο φως δεν είναι γνωστό. Αλλά τα
επόμενα 500 εκατομμύρια χρόνια - από την Αρχή - είναι
ο λεγόμενος Κοσμικός Μεσαίωνας της
κοσμολογίας.
Μετά ήρθε το φως που διέλυσε για πάντα τους σκοτεινούς χρόνους
και τα κοσμικά σκοτάδια.
"Στο τέλος έγινε αυτό που βλέπουμε," λέει ο Windhorst.
Οι πρώτες μαύρες τρύπες
Οι επιστήμονες κάποτε νόμιζαν ότι οι γαλαξίες σχηματίζονταν
από ένα είδος
μονολιθικής κατάρρευσης, στην οποία ένα γιγάντιο νέφος αερίου έπεφτε
ξαφνικά προς το εσωτερικό του παρασυρμένο από την βαρύτητα. Η σύγχρονη άποψη είναι
η "ιεραρχική
συγχώνευση," στην οποία οι γαλαξίες φτιάχτηκαν τόσο από μεγάλα όσο
και από μικρά κομμάτια με την πάροδο του χρόνου. Είχε δε συμφωνηθεί ένα
αρκετά καλό περίγραμμα για τον τρόπο που έγιναν όλοι οι γαλαξίες.
Οι αρχικές διακυμάνσεις στο διάστημα σφυρηλάτησαν κόμβους και
νημάτια, τοπικά αλλά και ευρύτερης κλίμακας. Κατέρρευσαν δε μικρές
συγκεντρώσεις του αερίου, και έτσι γεννήθηκαν τα αστέρια.
Κι όπως είναι γνωστό τα πρώτα αστέρια πρέπει να ήταν τεράστια, ίσως
και 200 φορές το βάρος του Ήλιου μας ή και περισσότερο. Αποτελούνταν σχεδόν
από καθαρό υδρογόνο - το πρωταρχικό
συστατικό της θερμοπυρηνικής σύντηξης, η οποία αναγκάζει να λάμψη ένα
άστρο.
Τα βαριά άστρα όμως πεθαίνουν νέα. Ορισμένα από αυτά επιβίωσαν μόλις
10 εκατ. χρόνια (ο ήλιος είναι ηλικίας 4,6 δισ. ετών και βρίσκεται στη μέση
του
ηλικία). Στο τέλος της ζωής τους γίνεται μια τεράστια υπερκαινοφανής έκρηξη
- σουπερνόβα - και με αυτήν δημιουργούνται για πρώτη φορά βαρύτερα
στοιχεία από το λίθιο. Αυτά δε τα βαριά στοιχεία εκτοξεύονται στο διάστημα.
Το υπόλοιπο υλικό καταρρέει σε μια μάζα ίση με
πολλά άστρα αλλά που το μέγεθος της δεν υπερβαίνει τις διαστάσεις μιας πόλης. Το
αποτέλεσμα: μια αστρική μαύρη τρύπα. Το εν λόγω αντικείμενο είναι τόσο
πυκνό που δεν αφήνει τίποτε, ούτε το φως, να διαφύγει μακριά από μία σφαίρα
γύρω από τη μαύρη τρύπα, γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων της μαύρης τρύπας.
Τα άστρα μπορούν να ζυγίζουν το πολύ λίγες φορές σαν τον Ήλιο, όμως, η
τελική φάση των μεγάλων άστρων θα μπορούσαν να έχουν 100 φορές τη μάζα του
ήλιου ή
και περισσότερο.
Κατά τη διάρκεια όλων αυτών των δεκάδων και εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών,
γεννιούνται ολοένα και περισσότερα αστέρια από τα τρίμματα των πρώτων
άστρων.
Τοπικά συμπυκνώνονται οι πυκνότερες περιοχές του αερίου κι έτσι τα αστέρια
σχηματίζουν ομάδες (τα σμήνη), ίσως από μερικές δεκάδες άστρα, που θα μπορούσαν να έλκονται
από άλλα γειτονικά σμήνη άστρων. Τελικά, αναπτύσσονται σμήνη από πολλές χιλιάδες αστέρια
και άρχισαν να μοιάζουν και να συμπεριφέρεται σαν κάτι που θα μπορούσε να ονομάζεται
υπο-γαλαξίας. Κάποιοι ίσως υπο-γαλαξίες φιλοξενούσαν αναπτυσσόμενες
συνεχώς μαύρες τρύπες κοντά στα
κέντρα τους.
Εδώ, η θεωρία προχωράει δύσκολα. Η διαίσθηση θα μπορούσε να υποδείξει ότι πολλές από
αυτές τις τεράστιες αστρικές μαύρες τρύπες απλώς συγχωνεύτηκαν, μέχρι να
γίνει ένα
κεντρικό αντικείμενο με τεράστια μάζα αρκετή για να προωθήσει το σχήμα και τη
μελλοντική ανάπτυξη του γαλαξία.
Κι αν αυτή η διαίσθηση είναι σωστή, ωστόσο, ποιά μαύρη τρύπα έγινε το
κέντρο του γαλαξία;
"Μπορεί να είναι ένα ερώτημα του τι βρέθηκε στο σωστό μέρος και στη σωστή
στιγμή", λέει ο Roger Blandford, θεωρητικός αστροφυσικός στο Caltech.
"Θα μπορούσε να είναι κάτι τυχαίο."
Στην πραγματικότητα, κανείς δεν ξέρει με σιγουριά αν οι πρώτες
υπερ-μεγέθεις μαύρες τρύπες αναπτύχθηκαν μετά από μια σειρά συγχωνεύσεων -
αρκετές δεκάδες ηλιακές μάζες γίνονται 200, στη συνέχεια, 1000, 10000,
κ.ο.κ. - ή εάν αυτές δημιουργήθηκαν από την κατάρρευση του νέφους του αερίου
όταν αυτό συμπυκνώθηκε. "Μήπως
αυτές πρέπει να ξεκινούν από 100 ηλιακές μάζες ή ένα εκατομμύριο ηλιακές μάζες;
Είναι ένα καλό ερώτημα," τονίζει ο Blandford. "Η προσωπική μου υπόθεση
είναι ότι πρέπει να ξεκινούν από μερικές εκατοντάδες ηλιακές μάζες, αλλά
αυτό είναι ένα επιχείρημα περισσότερο υπόθεση παρά αποδεδειγμένο."
|
