Το διαστημικό παρατηρητήριο Chandra βρίσκει ότι οι μαύρες τρύπες είναι πράσινες

Πηγή: Πανεπιστήμιο Maryland, 24 Απρολίου 2006

Οι μαύρες τρύπες είναι οι πιo οικονομικές 'μηχανές' στην κατανάλωση καυσίμων στο σύμπαν, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που έγινε με τη βοήθεια του παρατηρητηρίου των ακτίνων X Chandra της NASA. Έτσι, παλιές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, που πιστεύαμε ότι ήταν ήρεμες, παράγουν στην πραγματικότητα  πολύ ισχυρούς πίδακες σωματιδίων υψηλής ενέργειας, βάζοντας έτσι φρένο στο σχηματισμό νέων άστρων.

Η πιο πάνω σύνθετη εικόνα με τη βοήθεια ακτίνων X, ραδιοκυμάτων και υπέρυθρων ακτίνων του γαλαξία NGC 4696, παρουσιάζει απέραντα νέφη καυτού αερίου (σε κόκκινο χρώμα), που περιβάλλει τις υψηλής ενέργειας φυσαλίδες διαμέτρου 10.000 ετών φωτός (σε μπλε) από κάθε πλευρά της φωτεινής λευκής περιοχής γύρω από τη υπερμεγέθη μαύρη οπή. Οι εικόνες των άλλων γαλαξιών στην ίδια μελέτη δείχνουν μια παρόμοια δομή. Οι πράσινες κουκίδες στην εικόνα παρουσιάζουν μια υπέρυθρη ακτινοβολία από τα σμήνη των άστρων στις εξωτερικές άκρες του γαλαξία.

Η νέα ανακάλυψη του Chandra δείχνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που απελευθερώνεται από την ύλη που πέφτει προς μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα είναι υπό μορφή πίδακα σωματιδίων υψηλής ενέργειας, που ταξιδεύει με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, μακριά από τη μαύρη τρύπα. Κι αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα για να κατανοήσουμε πώς τέτοιοι πίδακες μπορούν να σχηματιστούν από μαγνητισμένους δίσκους του αερίου κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Αυτοί δε οι πίδακες θερμαίνουν τα νέφη του αερίου στο γαλαξία, που ειδάλλως θα είχαν ψυχθεί βαθμιαία σχηματίζοντας έτσι νέα αστέρια.

"Ακριβώς όπως με τα αυτοκίνητα, είναι κρίσιμο να ξέρουμε την αποδοτικότητα των καυσίμων και των μαύρων οπών", λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Steve Allen, του ιδρύματος Kavli για την σωματιδιακή αστροφυσική και την κοσμολογία στο πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. "Χωρίς αυτές τις πληροφορίες, δεν μπορούμε να υπολογίσουμε τι βρίσκεται κάτω από την 'κουκούλα', σα να λέμε τι μπορεί να κάνει η μηχανή."

Είναι γνωστό ότι όταν έλκεται η ύλη σε μια μαύρη τρύπα, αυτό το υλικό μετατρέπεται σε ενέργεια που εξέρχεται ακολούθως με τη μορφή της ακτινοβολίας. Κάποιες δε παλιές μαύρες τρύπες προσέλκυσαν την προσοχή των επιστημόνων, επειδή γεννούσαν πολύ λίγη ενέργεια ή ακτινοβολία. Γιατί η ύλη (ή τα καύσιμα) που έπεφτε προς τις μαύρες τρύπες δεν παρήγαγαν τόσο πολλή ακτινοβολία όπως θα  ανέμενε κάποιος από την ποσότητα του υλικού, ή τα καύσιμα που έπεφταν προς αυτές.

Έπρεπε δηλαδή να υπάρχει κάτι άλλο που να συμβαίνει και να εξηγούσε αυτήν την απόκλιση", είπε ο Ρέυνολντς. Έτσι αποφάσισε να μελετήσει αυτόν τον τύπο της μαύρης τρύπας χρησιμοποιώντας τα στοιχεία από το Chandra μαζί με τον Άλλεν, που είχε αρχίσει την ίδια μελέτη. 

Ο Allen και η ομάδα του χρησιμοποίησαν το Chandra για να μελετήσουν εννέα υπερβολικά μεγάλες μαύρες τρύπες στα κέντρα των ελλειπτικών γαλαξιών. Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι σχετικά παλαιές και παράγουν πολύ λιγότερη ακτινοβολία από ότι τα κβάζαρ, κάποιες υπερβολικά μεγάλες μαύρες τρύπες που αναπτύχθηκαν πολύ γρήγορα στο πρώιμο σύμπαν.

Η έκπληξη ήρθε όταν τα αποτελέσματα του Chandra έδειξαν ότι όλες αυτές οι "ήρεμες" μαύρες τρύπες παράγουν πολύ περισσότερη ενέργεια με πίδακες σωματιδίων υψηλής ενέργειας, απ' ό,τι στο ορατό φως ή στις ακτίνες X. Αυτοί δε οι πίδακες δημιουργούν τεράστιες φυσαλίδες, ή κοιλότητες, στο καυτό διαστρικό αέριο των γαλαξιών.

Η δε αποδοτικότητα στην ενέργεια που παράγουν οι μαύρες τρύπες υπολογίστηκε σε δύο βήματα: οι πρώτες εικόνες του Chandra των εσωτερικών περιοχών των γαλαξιών χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογιστούν πόσα καύσιμα είναι διαθέσιμα στη μαύρη τρύπα (τι πέφτει δηλαδή), και κατόπιν οι τελικές εικόνες του Chandra χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογιστεί η ισχύς που απαιτήθηκε για να παραχθούν οι κοιλότητες.

"Εάν ένα αυτοκίνητο ήταν τόσο οικονομικό στην κατανάλωση βενζίνης όσο αυτές οι μαύρες τρύπες, θα μπορούσε θεωρητικά να ταξιδέψει πάνω από ένα δισεκατομμύριο μίλια με ένα γαλόνι αερίου", λέει ο Christopher Reynolds του πανεπιστημίου της Μέρυλαντ, που συμμετείχε στην έρευνα.

Κι έτσι αποκτήθηκαν λεπτομερείς πληροφορίες για το πώς οι μαύρες τρύπες επιτυγχάνουν αυτήν την ακραία αποδοτικότητα. Κάποια ποσότητα του αερίου που προσελκύεται πρώτα στις μαύρες τρύπες, μπορεί να εκσφενδονιστεί μακριά (σαν να την έριξε μια γιγάντια σφεντόνα προς τα έξω), προτού αυτή φτάσει σε ενεργητική δραστηριότητα κοντά στη μαύρη τρύπα, αλλά ένα σημαντικό μέρος του αερίου πρέπει τελικά να πλησιάσει τον ορίζοντα γεγονότων, όπου εκεί χρησιμοποιείται με υψηλή αποδοτικότητα για να τροφοδοτήσει τους πίδακες που εκτοξεύονται από μια μαύρη τρύπα. Η μελέτη επίσης υπονοεί ότι η ύλη ρέει προς τις μαύρες τρύπες με ένα σταθερό ρυθμό για αρκετά εκατομμύριο έτη.

"Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι πολύ αποδοτικές, αλλά χρειάζονται πολύ χρόνο για να ανεφοδιαστούν σε καύσιμα", λέει ο Steve Allen.

Αυτή η νέα μελέτη δείχνει δηλαδή ότι οι μαύρες τρύπες είναι πράσινες με έναν άλλο σημαντικό τρόπο. Η ενέργεια που μεταφέρεται στο καυτό αέριο με τους πίδακες θα πρέπει να μην αφήνει το διαστρικό καυτό αέριο να ψύχεται, και με αυτόν τον τρόπο αποτρέπει να σχηματιστούν δισεκατομμύρια νέα άστρα. Αυτό βάζει όρια στην αύξηση των μεγαλύτερων γαλαξιών, και θα αποτρέψει τη γαλαξιακή εξάπλωση προς τη διαστημική γειτονιά τους.

"Βλέπουμε αρκετή ενέργεια να φεύγει από τις μαύρες τρύπες πνίγοντας εντελώς το σχηματισμό των αστεριών", τονίζει ο Christopher Reynolds."Αυτό είναι σημαντικό επειδή καταδεικνύει μια άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ των μαύρων οπών και του σχηματισμού των γαλαξιών".

Και συνεχίζει ο Reynolds: "Αν και δεν ξέρουμε με βεβαιότητα το μηχανισμό με τον οποίο παράγονται οι πίδακες, τα συμπεράσματά μας είναι ενθαρρυντικά για την ιδέα ότι οι μαγνητικές γραμμές των πεδίων αλληλεπιδρούν με έναν τρόπο που τα αναγκάζει να λειτουργήσουν όπως το λάστιχο σε μια γιγαντιαία σφεντόνα που ρίχνει το υλικό που πέφτει προς τη μαύρη τρύπα, πάλι προς τα έξω".

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Μετρώντας το σπιν μιας μαύρης τρύπας από μια ρυτίδα του χωροχρόνου
Το ταξίδι μέχρι τη μαύρη τρύπα κρατά 200.000 χρόνια
 Οι επιστήμονες εξετάζουν το ιερό εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας