Μαύρη τρύπα εκλύει ενέργεια περιστρεφόμενη!

Από σελίδα της NASA και της ESA, 23 Οκτωβρίου 2001

Δεξιά: Μια καλλιτεχνική απεικόνιση μιας μαύρης τρύπας, με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, η περιστροφή των οποίων παράγει την ανεξήγητη επιπλέον ενέργεια. . 

Επιστήμονες για πρώτη φορά είδαν ενέργεια να εκλύεται από μια μαύρη τρύπα. Η εξήγηση που δίνουν δύο επιστήμονες με μια θεωρία τους, εδώ και 25 χρόνια, είναι ότι η περιστροφική ενέργεια θα μπορούσε να 'δραπετεύσει' από μια μαύρη τρύπα, όταν αυτή βρίσκεται μέσα σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, που ασκεί μια επίδραση επιβράδυνσης στην περιστροφή της. Αυτή η θεωρία ταιριάζει με τους φυσικούς νόμους της θερμοδυναμικής, που δηλώνουν ότι η ενέργεια που εκπέμπεται πρέπει να απορροφηθεί από το περιβάλλον αέριο.

Η μαύρη τρύπα στο κέντρο αυτού του γαλαξία, φαίνεται ότι περιστρέφεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα. Εξ αιτίας της περιστροφής της γύρω από αυτήν σχηματίζονται μαγνητικά πεδία των οποίων η ένταση γίνεται τόσο μεγαλύτερη όσο πιο γρήγορη γίνεται η περιστροφή.

Όπως λοιπόν μια ηλεκτρική γεννήτρια, αυτή η μαύρη τρύπα περιστρέφεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο και προσφέρει ενέργεια προς το περιβάλλον, προς το χαοτικό αέριο που βρίσκεται γύρω της, στα ενδότερα μέρη του δίσκου προσαύξησης, κάνοντας έτσι το αέριο -- που ήδη είναι καυτό λόγω της βαρυτικής κατάρρευσης -- ακόμη πιό θερμό και φωτεινότερες τις ακτίνες-X.

Ο πυρήνας λοιπόν του εν λόγω γαλαξία λειτουργεί σαν ένα τεράστιο δυναμό, και τα ιονισμένα αέρια που πέφτουν προς την μαύρη οπή, να παίζουν το ρόλο των αγωγών. Η ηλεκτρική ενέργεια όμως οφείλεται στην μείωση της κινητικής ενέργειας της μαύρης τρύπας  λόγω περιστροφής.

Ο Joern Wilms του Πανεπιστημίου Τuebingen της Γερμανίας, και επικεφαλής μιας διεθνούς ομάδας αστρονόμων, παρατήρησε την νέα μορφή "ισχύος", με την βοήθεια του δορυφόρου των ακτίνων-X, XMM-Newton, της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Αντιπροσωπείας (ESA), παρατηρώντας μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον πυρήνα ενός σπειροειδούς γαλαξία που ονομάζεται MCG-6-30-15. Η παρατήρηση αυτή   μπορεί επίσης να εξηγήσει και την προέλευση των σωματιδίων που εκτοξευονται από τα κβάζαρ.

"Δεν έχουμε ποτέ δεί ενέργεια να εξάγεται από μια μαύρη τρύπα," είπε ένας από τους συντάκτες της έκθεσης, Christopher Reynolds του Πανεπιστημίου της Μέρυλαντ.  "Βλέπουμε πάντα την ενέργεια να ρέει προς τα μέσα, όχι προς τα έξω."

"Η βαρύτητα σε αυτήν την περιοχή εμφανίζεται να είναι τόσο έντονη, που ο ίδιος ο χώρος συστρέφεται αρκετά γύρω από την μαύρη τρύπα, σέρνοντας έτσι τις γραμμές των μαγνητικών πεδίων μαζί με αυτήν," είπε ο Wilms. "Τα μαγνητικά πεδία περυτιλίγονται γύρω από την μαύρη τρύπα, επιβραδύνοντας έτσι την περιστροφή της. Αυτή η "τριβή" θερμαίνει την περιοχή ακόμα σε υψηλότερες θερμοκρασίες."

Οι επιστήμονες μας λένε ότι οι περισσότεροι γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του γαλαξία μας -Milky Way , έχουν  μεγάλες μαύρες τρύπες στους πυρήνες τους. Μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα περιέχει μάζα εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές σαν του Ήλιου μας, που συμπιέζεται όμως μέσα μια περιοχή μικρότερη και από το ηλιακό σύστημά μας. Η μαύρη τρύπα στον γαλαξία   MCG-6-30-15, βρίσκεται 100 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, έχει την μάζα περίπου 100 εκατομμυρίων ήλιων και εκπέμπει ενέργεια 10 δισεκατομμύρια φορές σαν τον ήλιο μας, ποσό που δεν μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την τριβή αλλά και από το μαγνητικό πεδίο της μαύρης οπής.

Η ομάδα παρατήρησε 'σπινθήρες' μεγάλης ενέργειας στην περιοχή των ακτίνων-X,  από το αέριο του στοιχείου σιδήρου, που είχε ταχύτητα ίση με το μισό της ταχύτητας του φωτός, πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότος της μαύρης τρύπας στον γαλαξία MCG-6-30-15 (ένας "ορίζοντας γεγονότος" είναι τα θεωρητικά σύνορα μιας μαύρης τρύπας). 

Ο XMM-Newton συνέλαβε το φάσμα, ή το χημικό δακτυλικό αποτύπωμα, αυτού του αερίου. Το φάσμα, που σχεδιάζεται σε μια γραφική παράσταση, μοιάζει με ένα ηλεκτροκαρδιογράφημα με τις ακίδες και τις εμβυθίσεις του.

Αριστερό: Δύο φασματικές γραμμές είναι παρούσες σε ενέργεια 6,4 keV: η στενή μπλε γραμμή αντιστοιχεί στις ακτίνες-X που προέρχονται από το αέριο σίδηρο, που είναι μακριά μακρυά από την μαύρη τρύπα, προς τα εξωτερικά μέρη του δίσκου προσαύξησης. Η ευρεία κίτρινη γραμμή είναι το νέο χαρακτηριστικό μυστηριώδες γνώρισμα που αποκαλύφθηκε πλήρως από τον XΜΜ-Newton.

Το φάσμα του σιδήρου από τον  MCG-6-30-15, έχει εξαιρετικά ευρείες "ακίδες," μια ένδειξη ότι η βαρύτητα 'έλκει' τα σωματίδια του φωτός,τα φωτόνια, και κυριολεκτικά λυγίζει τις ακτίνες του φωτός. Η γραμμή του σιδήρου του γαλαξία MCG-6-30-15, ήταν τόσο ευρεία,  που ο όγκος της ακτινοβολίας πρέπει να προέρχεται από ένα σημείο πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, όπου η δύναμη της βαρύτητας είναι η μέγιστη, λέει ο Reynolds

Όπως γνωρίζουμε η ύλη που πλησιάζει επιταχυνόμενη προς την μαύρη τρύπα αρχίζει να ακτινοβολεί. Η φωτεινότητα που δείχνεται από το ανωτέρω φάσμα, πάντως, ήταν πάρα πολύ έντονη για να μπορεί να τροφοδοτηθεί μόνο από τη βαρύτητα και την ελεύθερη πτώση της ύλης.

Κάποια πρόσθετη πηγή ενέργειας λοιπόν πρέπει να υπάρχει για να ωθήσει την ένταση της ακτινοβολίας, σε αυτό το παρατηρηθέν μέγεθος. Εικάζουν λοιπόν ότι η επιπλέον ενέργεια προέρχεται από την περιστροφική ενέργεια της ίδιας της μαύρης τρύπας.

Ένας από τους συντάκτες ο Mitchell Begelman του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, είπε ότι αυτά τα ευρήματα μπορεί να είναι τα παρατηρητικά στοιχεία μιας θεωρίας του καθηγητή Roger Blandford, που αυτήν την περίοδο βρίσκεται στο Τεχνολογικό 'Ιδρυμα της Καλιφόρνιας, και του Δρ. Roman Znajek, όταν ήταν στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ στην Αγγλία, πριν από 25 έτη.

Σύμφωνα με την θεωρία τους, η ενέργεια περιστροφής, μπορεί να εξαχθεί από την μαύρη τρύπα, καθώς αυτή επιβραδύνεται από τα μαγνητικά πεδία.

Ο Begelman είπε ότι η ενέργεια που χάνεται στον  MCG-6-30-15, μεταφέρεται στη εσωτερική άκρη του δίσκου προσαύξησης, (μια ροή του αερίου που στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα και τελικά πέφτει μέσα σε αυτήν). Η θεωρία Blandford- Znajek υπονοεί ότι η ενέργεια ρέει προς τα εκτοξευόμενα σωματίδια, που προέρχονται κάθετα από τον δίσκο προσαύξησης,  σε ορισμένα υπερμεγέθη συστήματα μαύρων τρυπών που καλούνται κβάζαρ.

Ο MCG 6-30-15 δεν είναι ένα κβάζαρ, αλλά ο Begelman είπε ότι η θεωρία του μπορεί ακόμα να εφαρμοστεί κι εκεί, επειδή  αυτή προβλέπει ότι το μαγνητικό πεδίο επίσης μπορεί να συνδεθεί με τον δίσκο.

Ο ASCA, ένας Ιαπωνικός δορυφόροςτων ακτίνων-X , βρήκε πιθανά στοιχεία μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας το 1994, αλλά το σήμα ήταν πάρα πολύ αδύνατο για να παρατηρήσει οποιαδήποτε στοιχεία της ενέργειας που εξάγεται από την μαύρη τρύπα.

Ο δορυφόρος ΧΜΜ-Newton, που προωθήθηκε από τη γαλλική Γουιάνα, από την ESA τον Δεκέμβριο του 1999, φέρνει τρία προηγμένα τηλεσκόπια ακτίνων-X , με την δυνατότητα να συλλέξει ακτίνες φωτός, από εκατομμύρια πηγές, κατά πολύ μεγαλύτερα από οποιαδήποτε προηγούμενη αποστολή των ακτίνων-X .