Η μαύρη τρύπα του γαλαξία μας περιστρέφεται ταχύτατα

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb, 30 Οκτωβρίου 2003

Μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών έχει ανακαλύψει ότι η μαύρη τρύπα με την τεράστια μάζα στο κέντρο του γαλαξία μας, περιστρέφεται.

Ο Reinhard Genzel , του ινστιτούτου Max Planck για την εξωγήινη φυσική,  και οι συνεργάτες του από τις ΗΠΑ, το Ισραήλ, και τη Γαλλία, έχουν παρατηρήσει περιοδικές αναλαμπές υπέρυθρης ακτινοβολίας που προέρχονται από την μαύρη τρύπα, και λένε ότι αυτό είναι ένδειξη πως η μαύρη τρύπα περιστρέφεται.  Τα αποτελέσματα αυτά θα συμβάλλουν στην παρατηρησιακή φυσική των μαύρων τρυπών και στον έλεγχο της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας. 

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι μια μαύρη τρύπα πολύ μεγάλης μάζας υπάρχει στο κέντρο κάθε γαλαξία στο Σύμπαν. Πρόσφατες παρατηρήσεις με ακτίνες-Χ και μετρήσεις των τροχιών των αστέρων γύρω από τον Τοξότη A* - μια ισχυρή ραδιοπηγή στο κέντρο του γαλαξία μας - πιστοποιούν ότι πρόκειται για μια μαύρη τρύπα που έχει μάζα 3,6 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου μας. 

Τώρα για πρώτη φορά, ο Genzel και οι συνεργάτες του έχουν ανιχνεύσει περιοδικές εξάρσεις της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τον Τοξότη A* με τη βοήθεια του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου (VLT) στη Χιλή. Επιπλέον βρήκαν ότι αυτές οι φωτεινές αναλαμπές έφταναν περιοδικά - περίπου κάθε 17 λεπτά. Κάτι τέτοιο μπορεί να συμβαίνει μόνο αν ο δίσκος προσαύξησης των θερμών αερίων, γύρω από τη μαύρη τρύπα, περιστρέφεται. Αυτό σημαίνει ότι και η ίδια η μαύρη τρύπα περιστρέφεται επίσης. 

 Η εικόνα δείχνει θερμά αέρια που στροβιλίζονται σε μια ροή στο δίσκο προσαύξησης καθώς τα ρουφάει η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας. Η ενέργεια του αερίου μετατρέπεται σε ακτινοβολία, η οποία εκπέμπεται με ξαφνικές εξάρσεις. Ο Genzel και οι συνεργάτες του έχουν ανιχνεύσει αρκετές εκλάμψεις ακτινοβολίας σε υπέρυθρα μήκη κύματος, πράγμα που μπορεί να προέρχεται από εκτοξεύσεις μαζών αερίων από το δίσκο. Οι εκτοξεύσεις αυτές συνοδεύονται από ακτινοβολία. Μπορεί να προέρχονται επίσης από σπινθήρες που ξεσπούν τυχαία κατά την προσαύξηση των αερίων. Το ένθετο δείχνει μια παλαιότερη παρόμοια ανίχνευση αναλαμπής ακτίνων-Χ. Η συναρμολόγηση των παρατηρήσεων σε διάφορα μήκη κύματος που προέρχονται από την περιοχή της μαύρης τρύπας, θα βοηθήσει ν' αποκαλυφθεί η πολύπλοκη φυσική διαδικασία που συμβαίνει στις ροές της προσαύξησης. (φωτό από το Nature 425 908). 

O Genzel και οι συνεργάτες του έχουν υπολογίσει ότι η μαύρη τρύπα περιστρέφεται περίπου με τη μισή από τη μέγιστη συχνότητα που προβλέπεται από τη θεωρία. Επιπλέον έδειξαν ότι τα υπέρυθρα σήματα έρχονται από μια περιοχή μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου του τόξου - η αλλιώς μερικών ωρών φωτός - του ορίζοντα γεγονότων. 

"Τέτοιες μετρήσεις θα αποτελέσουν ένα καλό τεστ για τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας" λέει ο Genzel. Η ομάδα λέει ότι τώρα θα πιστοποιήσουν την περιοδικότητα των εκλάμψεων. Σχεδιάζουν επίσης να μελετήσουν πιο βαθειά αν οι εκλάμψεις σχετίζονται με γεγονότα που ήδη έχουν ανιχνευτεί στην περιοχή μηκών κύματος ακτίνων-Χ και μηκών κύματος κάτω του ενός χιλιοστομέτρου. 

Οι μαύρες τρύπες

Η ιδέα των μαύρων οπών - αντικείμενα τόσο πυκνά που η βαρυτική τους έλξη απορροφά όλα τα αντικείμενα γύρω από αυτές, ακριβώς όπως το νερό που κινείται σπειροειδώς από την οπή της αποχέτευσης - ξεκίνησε από το 19ο αιώνα. Και πενήντα χρόνια πριν,  αναπτύχθηκαν τα πρώτα μαθηματικά και φυσικά μοντέλα που πρόβλεπαν το πώς θα συμπεριφέρονταν. Αλλά οι επιστήμονες δεν ήταν σε θέση ποτέ να παρατηρήσουν τις μαύρες οπές - ακριβώς επειδή είναι μαύρες.

Ένας τρόπος για την ανίχνευση τους ήταν να μετρηθούν οι ακτίνες-Χ ή τα υπέρυθρα μήκη κύματος γύρω από αυτήν, που εκπέμπονται από την καυτή περιστροφή του αερίου και της σκόνης γύρω από την άκρη της μαύρης τρύπας. Καθώς αυτό το υλικό περιστρέφεται, γίνεται ολοένα και φωτεινότερο και αυξομειώνει την ένταση της ακτινοβολίας που εκπέμπει με μία ορισμένη συχνότητα: μειώνεται η ένταση της ακτινοβολίας, καθώς κινείται πίσω από τη μαύρη τρύπα και γίνεται φωτεινότερο καθώς κινείται μπροστά.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 15 χρόνων, έχουν συσσωρευτεί έμμεσα στοιχεία για μια μαύρη οπή στο κέντρο του γαλαξία μας. Αυτή η μαύρη οπή θεωρείται ότι έχει τέσσερα εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου και όμως μόνο 15 φορές τη διάμετρο της. Τα αστροφυσικά μοντέλα έχουν προβλέψει ότι το υλικό που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη οπή, για να απορροφηθεί προς τα μέσα, θα χρειάζονταν περίπου 15 έως 20 λεπτά για να κάνει μία περιστροφή.

Αναφορά: (R Genzel και άλλοι. 2003 Nature 425 934)