Ένα αστέρι ήταν ο αποφασιστικός παράγοντας για την οριστική απόδειξη της μαύρης οπής στο Γαλαξία μας

Από σελίδες των Scientific American, Nature, PhysicsWeb, 17 Οκτωβρίου 2002

Από όλες τις προβλέψεις που έκανε η γενική θεωρία της Σχετικότητας, εκείνη που εξήψε περισσότερο τη φαντασία των επιστημόνων αλλά και των μη επιστημόνων είναι μάλλον η ύπαρξη των μαύρων οπών. Αλλά η ίδια η φύση αυτών των αντικειμένων κάνει δύσκολη την απευθείας και αδιάψευστη μαρτυρία της ύπαρξής τους. Παρόλα αυτά η συνεχής εξέλιξη όλο και πιο ισχυρών οργάνων παρατήρησης στα βάθη του Σύμπαντος έχει δημιουργήσει ισχυρότατες ενδείξεις που υποστηρίζουν την πρόβλεψη του Einstein. Στο περιοδικό Nature αυτής της εβδομάδας ο Rainer Schödel και οι συνεργάτες του παρουσιάζουν την πιο πειστική ένδειξη που έχουμε ως τώρα, ότι μια τεράστια μαύρη τρύπα βρίσκεται σχετικά κοντά μας, στο κέντρο του Γαλαξία μας. (Schoedel και λοιποί . 2002 Nature 419 694)

Δεξιά: Η εικόνα δείχνει μια μεγάλη περιοχή στο βάθος του Γαλαξία μας, μήκους μερικών ετών φωτός. Συνδυάζει τρία τμήματα των υπέρυθρων παρατηρήσεων. Τα μπλε άστρα είναι τα πιό θερμά ενώ τα κόκκινα είναι ψυχρά. Οι διάχυτες εκπομπές μεταξύ των άστρων οφείλονται στη σκόνη. Τα κίτρινα βέλη στο κέντρο της εικόνας δείχνουν τη θέση της αναφερόμενης μαύρης οπής.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι περισσότεροι γαλαξίες έχουν μια μαύρη τρύπα στο κέντρο τους. Αλλά ο πολύ μεγάλος αριθμός των ουράνιων αντικειμένων σ' αυτές τις περιοχές κάνει δύσκολη την ανάλυση των κινήσεων μεμονωμένων αστέρων. Αυτό σημαίνει ότι είναι δύσκολο να εντοπιστεί η ακριβής θέση ενός σκοτεινού αντικειμένου με μεγάλη μάζα όπως η μαύρη τρύπα. Έτσι οι αστρονόμοι προκειμένου να εξηγήσουν τις παρατηρούμενες κινήσεις αστέρων στην περιοχή της υποτιθέμενης μαύρης τρύπας, δεν μπορούν να αποκλείσουν τελείως άλλες εξηγήσεις, όπως λ.χ ότι αυτές οφείλονται στην παρουσία ενός πυκνού σμήνους αστέρων νετρονίων στην περιοχή αυτή.

Οι πρόσφατες βελτιώσεις στις επίγειες τεχνικές αστρονομικής απεικόνισης, οι οποίες ελαττώνουν κατά πολύ την παραμόρφωση της εικόνας από τη γήινη ατμόσφαιρα, μας έδωσαν μια άνευ προηγουμένου ευκρίνεια, ακόμη και στις περιοχές που υπάρχει υψηλή συγκέντρωση αστέρων. Χρησιμοποιώντας τέτοιες τεχνικές ο Schödel και οι συνεργάτες του έκαναν μια δεκαετή μελέτη, με υπέρυθρες εικόνες, των αστέρων στο κέντρο του γαλαξία, στην περιοχή του Τοξότη Α* (ή Sgr A* που η θέση του στον ουρανό βρίσκεται στο Νότιο αστερισμό Sagittarius). Εκεί υπάρχει μια ισχυρή ραδιοπηγή για την οποία υπήρχαν βάσιμες υποψίες ότι επρόκειτο για μαύρη τρύπα.  Ανιχνεύοντας την τροχιά ενός συγκεκριμένου αστεριού, πιστεύουν ότι τώρα διαθέτουν οριστική απόδειξη ότι στον Sgr A* υπάρχει μια μαύρη τρύπα με τεράστια μάζα.

Το αστέρι, που ονομάστηκε S2 ήρθε πιό κοντά στο SgrA* την τελευταία άνοιξη, όταν ήταν 17 ώρες φωτός (ή τρεις φορές την απόσταση του Πλούτωνα από τον Ήλιο) μακριά από το SgrA *, το οποίο ενεργεί ως συμπαγής πηγή ραδιοκυμάτων. Το άστρο S2 που παρακολούθησαν συμπληρώνει μια περιφορά γύρω από τον  Sgr A* σε 15.2 χρόνια. (Για σύγκριση ο δικός μας ήλιος χρειάζεται 230 εκατομμύρια χρόνια για να συμπληρώσει την τροχιά του γύρω από το κέντρο του Γαλαξία). Επίσης το S2, που είναι επτά φορές μεγαλύτερο από τον ήλιο μας έχει ακτίνα περιστροφής 2.100 φορές μεγαλύτερη από τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης οπής.

Το αστέρι στην πλησιέστερη θέση των 17 ωρών φωτός, φτάνει την εξωφρενική ταχύτητα των 5.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Επιζεί όμως και δεν πέφτει πάνω στη μαύρη οπή και λόγω της μεγάλης ταχύτητας  του αλλά και γιατί είναι πάνω από τον ορίζοντα γεγονότος της μαύρης οπής - τη γραμμή μέσα στην οποία η ύλη δεν μπορεί να δραπετεύσει. Από τα δεδομένα που συνέλεξαν, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποκλείσουν κάθε άλλη δυνατότητα, και να συμπεράνουν ότι η τροχιά του οφείλεται στη βαρυτική έλξη μιας κεντρικής, σχεδόν σημειακής, μάζας ίσης με (3.7 ± 1.5) x 10⁶ ηλιακές μάζες. Πρόκειται δηλαδή για μια μαύρη τρύπα τεράστιας μάζας.

Η προηγούμενη έρευνα είχε επισημάνει την παρουσία μιας υπερμεγέθους  μαύρης οπής στο κέντρο του Γαλαξία μας, αλλά οι παρατηρήσεις εκείνες θα μπορούσαν να εξηγηθούν από άλλες εξωτικές θεωρίες.  Τώρα τα τελευταία ευρήματα δείχνουν ότι δεν  υπάρχει περίπτωση για εναλλακτικές θεωρίες, ισχυρίζονται οι επιστήμονες. Εντούτοις, μέχρι τώρα δεν ήταν σε θέση να αψηφήσουν τη δυνατότητα ότι υπήρχε εκεί ένα πυκνό σμήνος σκοτεινών αστρικών αντικειμένων ή μια σφαίρα εκφυλισμένων φερμιονίων που μιμούνταν τα αποτελέσματα μιας μαύρης οπής ή μια μπάλα από βαρέα νετρίνα.

Στη θεωρία, το SgrA* θα μπορούσε να είναι ένα υποθετικό αστέρι που να αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια που λέγονται μποζόνια. Αλλά ένας συντάκτης της έκθεσης ο Reinhard Genzel του Ινστιτούτου Max Planck επισημαίνει, "ακόμα κι αν ένα τέτοιο αστέρι ήταν σε γενικές γραμμές πιθανό, θα κατέρρεε γρήγορα σε μια υπερμεγέθη μαύρη οπή οπωσδήποτε".

Με συνεχείς βελτιώσεις στη διακριτική ικανότητα και την ευαισθησία των επίγειων τηλεσκοπίων, οι ερευνητές αυτοί περιμένουν ότι θα μπορέσουν προοδευτικά να αναλύσουν τις τροχιές ακόμη πιο αμυδρών αστέρων με μικρότερες τροχιές γύρω από αυτήν και άλλες παρόμοιες μαύρες τρύπες, με απώτερο στόχο να ελέγξουν με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια την πρόβλεψη της θεωρίας του Einstein.