|
Χαμένες μαύρες τρύπες μεσαίου βάρους
Η γέννηση του γαλαξία και η ανάπτυξη είναι μια διαδικασία που δεν τελειώνει
ποτέ, και ενδείξεις για την πρόωρη εξέλιξη της μαύρης τρύπας είναι διασκορπισμένες
και στο δικό μας Γαλαξία και γύρω στο σύμπαν. Οι αστρονόμοι επομένως εξετάζουν
σύγχρονα κοσμικά πλάσματα για να βρουν στοιχεία της πανάρχαιας τους
αφετηρίας.
Οι μαύρες τρύπες είναι παντού, για ένα λόγο. Εκατομμύρια αστρικές μαύρες
τρύπες θα μπορούσαν να είναι διασκορπισμένες μονάχες στο Γαλαξία μας.
Αν πράγματι αναπτύχθηκαν στο σύμπαν μεγάλες μαύρες τρύπες,
τότε πρέπει να υπάρχουν κάποια στοιχεία τους που να βρίσκονται γύρω στην κοσμική
μας αυλή με τη μορφή μιας μαύρης τρύπας μεσαίου μεγέθους, πιστεύουν
ορισμένοι αστρονόμοι.
Μια χούφτα αστρονόμων είναι πεπεισμένοι ότι έχουν βρει ένα ζευγάρι αυτών
των χαμένων (δηλαδή τις μαύρες τρύπες μεσαίου βάρους) συνδέσμων, και πριν
τρεις μήνες ανακοίνωσαν την ύπαρξη μιας τέτοιας μαύρης τρύπας. Όμως, η
περίπτωση της μαύρης τρύπας μεσαίου βάρους είναι από τα πλέον αμφιλεγόμενα
πράγματα σε όλη την
αστρονομία.
"Η ύπαρξη των μαύρων οπών μεσαίου βάρους (ούτε αστρικές ούτε
υπερβαρέες) είναι ένα από τα μεγάλα
αναπάντητα ερωτήματα σε αυτό τον τομέα", πιστεύει ο Martin Haehnelt του Cambridge. "Οι
τελευταίες υποθέσεις για την ανίχνευση τους εξακολουθούν να είναι πολύ
αμφιλεγόμενες."
Ανεξάρτητα, οι περισσότεροι ειδικοί συμφωνούν ότι η ύπαρξη της μεσαίου
βάρους μαύρης τρύπας θα αποτελούσε,
στην καλύτερη περίπτωση, ένα ενδιάμεσο στάδιο για να αναπτυχθεί πλήρως η μαύρη
τρύπα.
Σύγκρουση σε εξέλιξη
 Αυτοί οι γαλαξίες,
που ονομάζονται Mice, είναι σε κατάσταση
σύγκρουσης και βρίσκονται 300 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. Τελικά θα συγχωνευθούν
προς ένα
ενιαίο γιγαντιαίο γαλαξία. Αυτές οι συγχωνεύσεις μπορούν να δημιουργήσουν
μια φάση κβάζαρ κατά την γαλαξιακή εξέλιξη.
Ερευνητές και από τις δύο πλευρές - περί υπάρξεως ή μη των
μεσαίων μαύρων οπών - συμφωνούν
ότι η συμπαγής ύλη μιας μεγάλης μαύρης τρύπας δεν προέρχεται από τις
παλιές συγχωνεύσεις στο νεαρό σύμπαν. Μόλις επιτευχθεί μια κρίσιμη μάζα - και αυτό
φαίνεται να συμπίπτει με ένα χρονικό σημείο που δεν μπορούν να δουν σήμερα
οι αστρονόμοι - τότε η μαύρη τρύπα φαίνεται να κερδίζει το μεγαλύτερο
μέρος της μάζας της καταπίνοντας αέριο από το περιβάλλον της.
Μέσα σε όλες τις άσκοπες διαμάχες σχετικά με τις μεσαίου μεγέθους μαύρες
τρύπες δεσπόζει η πιθανότητα των πολύ μεγαλύτερων υποψηφίων συγχωνεύσεων.
Μέγα-συγχωνεύσεις
Οι συγχωνεύσεις γαλαξιών είναι σχεδόν δεδομένες. Θεωρείται ότι έχουν συμβάλει
σημαντικά κατά το παρελθόν, για παράδειγμα, στην ανάπτυξη των γαλαξιών. Το
νεαρό σύμπαν, όταν δεν είχε ακόμη επεκταθεί πολύ, ήταν απίστευτα
συμπιεσμένο. Γι αυτό και οι τότε γαλαξίες είχαν περισσότερες
πιθανότητες να συγκρουστούν.
Εάν δύο γαλαξίες συγχωνευτούν, τότε θα πρέπει να συγχωνευτούν και οι μαύρες τρύπες
στα κέντρα τους.
Πρόσφατα μοντέλα υπολογιστών δείχνουν ότι αυτή η συγχώνευση θα είναι βίαιη,
με τρομακτική απελευθέρωση ακτινοβολίας καθώς το αέριο είναι παγιδευμένο μεταξύ
των δύο μαύρων τρυπών και, στη συνέχεια, θα κινούνται προς αυτήν με τη
μεγαλύτερη μάζα.
Οι γαλαξιακές συγχωνεύσεις κρατάνε εκατομμύρια χρόνια, ώστε να μην μπορεί
εύκολα να παρατηρηθεί η εξέλιξη τους.
Μια πρόσφατη παρατήρηση σε ένα γειτονικό γαλαξία μας έφερε αποδείξεις
για αυτό το σενάριο. Στην καρδιά του γαλαξία NGC 6240 αστρονόμοι
βρήκαν όχι μία αλλά δύο μαύρες τρύπες, περίπου 3.000 έτη φωτός μακριά και
φαινόταν καθαρά ότι πάνε για συγχώνευση. Παρατηρήσεις με το παρατηρητήριο Chandra
των ακτίνων-χ δείχνουν ότι το αντικείμενο NGC 6240 είναι στην πραγματικότητα
δύο γαλαξίες που άρχισαν να ενώνονται περίπου πριν 30 εκατομμύρια
χρόνια.
Σύγκρουση
γαλαξιών
|
 |
 |
 |
| |
Δύο σπειροειδείς γαλαξίες με
μεγάλες μαύρες τρύπες στο κέντρο τους βρίσκονται σε φάση σύγκρουσης |
Όταν τελικά
συγκρουστούν, τότε και οι δύο μαύρες οπές αρχίζουν να συγχωνεύονται |
Από τη
συγχώνευση δημιουργείται ένας γιγαντιαίος
γαλαξίας με μια μαύρη οπή μάζας μεγαλύτερης
από το άθροισμα των δύο άλλων. |
Άλλες ενδείξεις για τις μέγα-συγχωνεύσεις προέρχονται από σχετικά κοντινά
κβάζαρ
Ο
Richard Larson, αστρονόμος στο Yale που μελετά τον σχηματισμό των άστρων στους γαλαξιακούς
πυρήνες, λέει ότι οι γαλαξίες μπορούν να περάσουν από διάφορες φάσεις
κβάζαρ κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Σε μελέτες ορισμένων κβάζαρ σε πιο λογικές
αποστάσεις (που επίσης σημαίνει όχι πολύ μακριά στο παρελθόν), αυτός
συνεχώς βλέπει σημάδια πρόσφατων γαλαξιακών συγχωνεύσεων ή άλλες
αλληλεπιδράσεις μεγάλης κλίμακας που χρησίμεψαν ως εναύσματα.
"Οι αλληλεπιδράσεις και οι συγχωνεύσεις αποτελούν έναν εξαιρετικό τρόπο
για την να φθάσει μια ποσότητα αερίου στο κέντρο ενός
γαλαξία," εξηγεί ο Larson. "Το πρώτο πράγμα που κάνει αυτό το αέριο
είναι ξαφνικά
να σχηματίσει έναν τεράστιο αριθμό άστρων".
Η περίοδος έντονου σχηματισμού αστέρων φαίνεται να διαρκεί περίπου 10
έως 20 εκατομμύρια χρόνια γύρω από ένα τυπικό κβάζαρ.
Κάποια ποσότητα από το αέριο που δεν θα φτιάξει νέα αστέρια πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Αυτή η βίαιη φάση
της κατανάλωσης είναι ένα πρόβλημα που παρατηρείται εύκολα, διότι η ενέργεια
που ελευθερώνεται
μετατρέπει το εισερχόμενο αέριο και σκόνη σε ένα λαμπρό νέφος. Τελικά,
το χάος διευθετείται και τα νέα αστέρια γίνονται ορατά. Αργότερα, το
ίδιο το quasar μένει γυμνό και στο τέλος πηγαίνει για ύπνο.
Το σενάριο του
Larson για την τροφοδότηση μιας μαύρης τρύπας πιθανώς ισχύει
και για τα πιο μακρινά quasars. Και έτσι αυτό το σενάριο στηρίζει την
άποψη ότι οι
μαύρες τρύπες πράγματι κερδίζουν την περισσότερη ύλη τους από το αέριο που
βρίσκεται στους δίσκους συσσώρευσης.
Το σπιν και η ιστορία μιας μαύρης τρύπας
Για να ξεκαθαρίσουν τις ιδιαιτερότητες της συν-εξέλιξης, αστρονόμοι θα
χρειαστούν να δουν περισσότερα στο σύμπαν και να το εξετάσουν με
μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Οι προοπτικές είναι καλές, ειδικά προς το τέλος
αυτής της δεκαετίας.
Το LISA (Διαστημική Κεραία με Συμβολόμετρο Λέιζερ) θα
αναζητήσει προσεχώς βαρυτικά κύματα που να 'εκτοξεύτηκαν' στο διάστημα
μετά τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών, και ίσως αποδειχθεί τότε ότι αυτές οι κολοσσιαίες συγκρούσεις
πράγματι εκδηλώνονται. Ο δορυφόρος της NASA σχεδιάζεται να εκτοξευθεί στο
προσεχές διάστημα.
Είναι επίσης αναγκαία μια πολύ καλύτερη κατανόηση της
σκοτεινής ύλης.
Θα πρέπει να συμβάλλουν στην προσπάθεια αυτή πολλά τηλεσκόπια, αλλά επειδή
κανείς δεν ξέρει από τι αποτελείται αυτό το υλικό, δυστυχώς οι προβλέψεις για κάθε είδους λύση
είναι πολύ υποθετική.
Θα πρέπει δε να ερευνηθούν πλήρως οι ειδικοί μηχανισμοί των μαύρων τρυπών. Γιατί
έως
τώρα, οι θεωρητικοί δεν γνωρίζουν καν πως η ύλη εισέρχεται μέσα τους και καταναλώνονται. Το μεγαλύτερο μέρος των εργασιών
για τις μαύρες τρύπες μπορεί να γίνει με την παρατήρηση του διαστήματος
γύρω μας.
Ο
Roger Blandford, θεωρητικός του Caltech, έχει προτείνει έναν νέο
τρόπο, για να αποδείξει ότι οι συγχωνεύσεις στο πρώιμο σύμπαν δεν
συνεισφέρουν σοβαρά στην ανάπτυξη μιας μαύρης τρύπας. Ο Blandford λέει ότι δύο κύριες
παραμέτρους χαρακτηρίζουν τις μαύρες τρύπες. Η μάζα είναι η πιο
προφανής. Μια πιο λεπτή μέτρηση είναι το σπιν της.
Ναι, φαίνεται οι μαύρες τρύπες να έχουν σπιν. Η ιδέα αυτή προέκυψε μόνο από τη θεωρία
με σχετικές επιβεβαιωτικές παρατηρήσεις τον Μάιο του 2001, και εξακολουθεί να
είναι τεκμηριωμένη.
Ωστόσο, εάν το σπιν μπορεί να αποδειχθεί μια καθολική πτυχή μιας
μαύρης τρύπας, τότε ο ρυθμός ιδιοπεριστροφής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να
συναχθεί κάτι πολύ σημαντικό για την ιστορία μιας μαύρης τρύπας.
"Αν οι μαύρες τρύπες μεγαλώνουν με συγχώνευση, από συνδυασμούς μαύρων
οπών, αυτές θα πρέπει να επιβραδύνεται το σπιν τους πολύ γρήγορα," εξηγεί
ο Blandford.
"Και το γεγονός αυτό, λοιπόν, είναι ένα αρκετά καλό επιχείρημα ότι εάν μπορείς να
αποδείξεις ότι οι μαύρες τρύπες στρέφονται γρήγορα, αυτές μάλλον
δεν αυξάνονται με τη συγχώνευση, αλλά θα είχαν μεγαλώσει με συσσώρευση
αερίου στο μακρινό παρελθόν."
Και το πιο σημαντικό είναι ότι πρέπει η παρατήρηση να επεκταθεί κι άλλο πίσω στον
χρόνο, πέρα από τα κβάζαρ που τώρα είναι υπό μελέτη, πιστεύει ο Karl
Gebhardt, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Τέξας.
Το
Hubble μπορεί να παρατηρήσει πίσω στο παρελθόν λίγο μόνο, αλλά για
καλύτερα αποτελέσματα θα πρέπει να περιμένουμε την επόμενη διάδοχη διαστημική
αποστολή James Web (JWST), που είναι προγραμματισμένη για εκτόξευση το 2010.
Το μελλοντικό διαστημικό παρατηρητήριο θα είναι το πρώτο που θα βρει το "πρώτο φως"
που φώτισε το σύμπαν αμέσως μετά τα σκοτάδια των κοσμικών αιώνων.
|
