Οι αστρονόμοι φθάνουν στον ορίζοντα γεγονότος μιας μαύρης τρύπας

Από σελίδα του NewScientist, 12 Ιουλίου 2002

Οι μαύρες τρύπες πράγματι φυλακίζουν την ύλη και το φως, και εξασθενίζουν την ενέργεια των φωτονίων που ξεφεύγουν κοντά από την περιοχή τους, αλλά μέχρι τώρα, αυτές ήταν μόνο προβλέψεις της θεωρίας της βαρύτητας του Einstein, αλλά οι αστρονόμοι παρατηρώντας συνεχώς στις πιθανές μαύρες τρύπες έχουν βρει επιτέλους τις αναγκαίες αποδείξεις ότι πραγματικά αυτό συμβαίνει.

Η θεωρία των μαύρων τρυπών λέει ότι εάν ένα πολύ μεγάλο αστέρι εκρήγνυται στο τέλος της ζωής του και αφήσει πίσω του  έναν πυρήνα που ζυγίζει περισσότερο από τρεις φορές, περίπου, τη μάζα του ήλιου, τότε ο πυρήνας θα καταρρεύσει σε ένα σημείο κάτω από την βαρυτική έλξη του.

Τόσο ισχυρή θα ήταν η βαρύτητα της προκύπτουσας "ανωμαλίας" ή "ιδιομορφίας", που θα απέτρεπε στην ύλη και ακόμη και στο φως να διαφύγει από μια περιοχή γύρω της, που περιορίζεται από τον αποκαλούμενο ορίζοντα γεγονότος.

Εξ ορισμού, είναι αδύνατο να φανούν οι μαύρες τρύπες άμεσα. Αλλά οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει τριγύρω στο Γαλαξία μας,  μια δωδεκάδα από υποψήφιες μαύρες τρύπες, επειδή τα διαστημικά τηλεσκόπια που έχουμε μπορούν να δουν τις ακτίνες X, που εκπέμπονται από το δίσκο προσαύξησης μιας μαύρης τρύπας - ο δίσκος της καυτής ύλης που στροβιλίζεται προς αυτήν.

Εντούτοις, δεν έχει υπάρξει καμία συγκεκριμένη απόδειξη πως οποιοδήποτε από αυτά τα αντικείμενα έχει πραγματικά έναν ορίζοντα γεγονότος - τουλάχιστον μέχρι τώρα. Αλλά ο Jeremy Heyl του Harvard-Smithsonian Κέντρου για την αστροφυσική στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης και του συνάδελφου του Ramesh Narayan, νομίζουν πως έχουν βρει σημαντικά στοιχεία.

Αστέρια νετρονίων

Οι αποδείξεις προέρχονται από τις μελέτες των αστέρων νετρονίων, τα πυκνά υπόλοιπα των εκρήξεων των σουπερνοβών που δεν είναι αρκετά βαριά για να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες. Αντί αυτού, καταρρέουν σε σφαίρες πλούσιες σε νετρόνια, εύρους περίπου 12 χιλιόμετρα, με στερεές επιφάνειες φτιαγμένες από πυρήνες σιδήρου.

Τα περισσότερα από αυτά τα αστέρια εκτινάσσουν περιστασιακά εκλάμψεις ακτίνων X, που ονομάζονται εκρήξεις τύπου 1 και που διαρκούν μέχρι 15 λεπτά. Οι εκρήξεις θεωρούνται πως συμβαίνουν επειδή η ύλη που ρέει αργά επάνω στην επιφάνεια ενός αστεριού νετρονίων συσσωρεύεται βαθμιαία και έπειτα εκρήγνυται με μια πυρηνική σύντηξη.

Οι Narayan και Heyl έχουν υπολογίσει ότι εάν τα πολύ βαριά αντικείμενα δεν καταρρέουν σε ένα σημείο με έναν ορίζοντα γεγονότος αλλά αντί αυτού έχουν μια επιφάνεια, αυτά θα εκτίνασσαν τόσες πολλές εκρήξεις τύπου 1 (ακτίνες Χ), όπως τα αστέρια νετρονίων. Αλλά μέχρι σήμερα, δεν έχουμε δει καμία έκρηξη από ένα αντικείμενο που πιθανολογείται ότι είναι μια μαύρη τρύπα.

"Δεδομένου ότι δεν εκρήγνυνται, μπορούμε να υποστηρίξουμε πέρα από κάθε λογική αμφιβολία ότι δεν έχουν επιφάνεια - είναι μια εξαναγκαστική παρατήρηση", λέει ο Heyl.

Περίεργο φάσμα

Σε μια ξεχωριστή μελέτη, επιστήμονες που καθοδηγούνται από την Jane Turner του Πανεπιστημίου του Μέρυλαντ, της Βαλτιμόρης, έχουν επιβεβαιώσει ότι το φως που δραπετεύει κοντά από μια μαύρη τρύπα χάνει ενέργεια καθώς αυτό δραπετεύει - η δεύτερη από τις προβλέψεις του Einstein.

Ακολουθούσαν την προηγούμενη εργασία για το φάσμα των ακτίνων X, ενός δίσκου προσαύξησης μιας μαύρης τρύπας, η οποία τους αποκάλυψε ένα ευρύ "δακτυλικό αποτύπωμα", που δημιουργήθηκε από το σίδηρο. Είχε ένα περίεργο σχέδιο φάσματος, που δείχνει ότι οι ακτίνες X κοντά στον ορίζοντα γεγονότος έχαναν ενέργεια καθώς δραπέτευαν από τη βαρυτική έλξη της μαύρης τρύπας.

Εντούτοις, οι κριτικοί υποστήριξαν ότι το περίεργο αυτό φάσμα θα μπορούσε να οφείλεται στα απωθούμενα ηλεκτρόνια στα καυτά αέρια που συγκρούονται με τις ακτίνες X. Αλλά τώρα η ομάδα του Μέρυλαντ έχει αποδείξει ότι οι κριτικοί κάνουν λάθος.

Καυτά σημεία

Οι αστρονόμοι μελέτησαν μια υπερμεμεγέθη μαύρη τρύπα με μια μάζα 23 εκατομμύρα φορές αυτή του ήλιου. Εξέτασαν λεπτομερώς το ευρύ φασματικό δακτυλικό αποτύπωμα του σιδήρου, χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο των ακτίνων X Chandra της NASA και το δορυφόρο XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας.

Το σχέδιο του φάσματος των συχνοτήτων ήταν ακριβώς αυτό που η θεωρία Einstein προβλέπει για το φως που ξεφεύγει από έναν δίσκο προσαύξησης, παρά το αποτέλεσμα της χαοτικής άπωσης των ηλεκτρονίων.

Οι ερευνητές θεωρούν ότι τα χαρακτηριστικά της ακτίνας X που αυτοί εξέτασαν προέρχονται από δύο πολύ φωτεινά "καυτά σημεία" μέσα στο δίσκο προσαύξησης της μαύρης τρύπας. Σε αυτή την περίπτωση, η παρατήρηση των καυτών σημείων θα μπορούσε να επιτρέψει στους αστρονόμους να μετρήσουν πόσο γρήγορα  περιστρέφεται το εσωτερικό των μαύρων τρυπών.

"Αυτή η έρευνα δείχνει τη δυνατότητα της παρατήρησης ενός μεμονωμένου θερμού σημείου, όπως κινείται σπειροειδώς προς τον ορίζοντα γεγονότος", λέει ο Fred Baganoff, ένας αστρονόμος στο MIT. "Αυτό θα είναι μια τεράστια πρόοδος".