Μυστήριο κβάζαρ δημιουργεί αμφιβολίες για τις μαύρες τρύπες

Πηγή: NewScientist, 27 Ιουλίου 2006

Μια αμφισβητούμενη εναλλακτική άποψη για την ύπαρξη των μαύρων οπών υποστηρίχτηκε από τις παρατηρήσεις ενός αντικειμένου στο απόμακρο σύμπαν, λένε ερευνητές. Εάν η ερμηνεία τους είναι σωστή, αυτό μπορεί να σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν υπάρχουν και ότι στην πραγματικότητα είναι παράξενες και συμπαγείς σφαίρες από πλάσμα, που ονομάζονται MECO.

Ο Rudolph Schild του Κέντρου για την Αστροφυσική στο Χάρβαρντ του Κέιμπριτζ, καθοδήγησε μια ομάδα που παρατήρησε ένα κβάζαρ κάπου 9 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Ένα κβάζαρ είναι ένα πολύ φωτεινό, συμπαγές αντικείμενο, η ακτινοβολία του οποίου συνήθως πιθανά παράγεται από μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα που καταβροχθίζει την περιβάλλουσα ύλη της.

Μια σπάνια κοσμολογική σύμπτωση επέτρεψε στο Schild και τους συναδέλφους του να εξετάσουν τη δομή του κβάζαρ με πολύ πιο μεγαλύτερες λεπτομέρειες από όσο είναι κανονικά δυνατόν. Αυτές δε οι λεπτομέρειες προτείνουν ότι το κεντρικό αντικείμενο δεν είναι μια μαύρη τρύπα.

"Η δομή του κβάζαρ δεν είναι καθόλου αυτό που πιστεύαμε", λέει ο Schild.

Μια μαύρη τρύπα, όπως παραδοσιακά γίνεται κατανοητή, είναι ένα αντικείμενο με ένα τέτοιο ισχυρό πεδίο βαρύτητας που ούτε το φως δεν είναι αρκετά γρήγορο για να της ξεφύγει. Οτιδήποτε εισέρχεται μέσα σε μια ορισμένη απόσταση από το κέντρο της μαύρης τρύπας, τον ορίζοντα γεγονότων, θα παγιδευτεί.

Μια αποδεκτή ιδιότητα των μαύρων οπών είναι ότι δεν μπορούν να διατηρήσουν ένα δικό τους μαγνητικό πεδίο. Αλλά οι παρατηρήσεις του κβάζαρ Q0957+561 με 14 τηλεσκόπια δείχνουν ότι το αντικείμενο που τροφοδοτεί αυτό έχει ένα μαγνητικό πεδίο, τονίζει η ομάδα του Schild. Για αυτόν τον λόγο, θεωρούν ότι αντί να βρίσκεται στο κέντρο του μια μαύρη τρύπα, το κβάζαρ αυτό περιέχει μία σφαίρα πλάσματος την οποία ονόμασαν Μαγνητοσφαιρικό Αντικείμενο Καταρρέων Αιώνια (MECO). Σε αυτή την περίπτωση, θα ήταν η καλύτερη απόδειξη που έχει βρεθεί ποτέ για ένα τέτοιο αντικείμενο.

Ένα κβάζαρ που τρέμει

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το φαινόμενο του βαρυτικού εστιασμού για να κάνουν μια στενή παρατήρηση του κβάζαρ. Αυτή η τεχνική εκμεταλλεύεται τις σπάνιες συμπτώσεις που μπορούν να εμφανιστούν όταν βρίσκεται ένας γαλαξίας σε ευθεία γραμμή μεταξύ ενός απόμακρου αντικειμένου και των παρατηρητών στη Γη.

Η βαρύτητα του ενδιάμεσου γαλαξία ενεργεί όπως ένας φακός. Καθώς τα ενδιάμεσα μεμονωμένα αστέρια του γαλαξία βρίσκονται μπροστά και στην ίδια ευθεία με το κβάζαρ, το φως από το κβάζαρ κάμπτεται αλλά η γωνία μεταβάλλεται, κάνοντας έτσι το κβάζαρ να εμφανίζεται ότι τρέμει.

Η προσεκτική διερεύνηση αυτού του τρεμουλιάσματος επέτρεψε στους ερευνητές να εξετάσουν τις λεπτές λεπτομέρειες της δομής του κβάζαρ, που κανονικά είναι πάρα πολύ μικρές για να αναλυθούν ακόμη και από τα ισχυρότερα τηλεσκόπια.

Μαγνητικό σκούπισμα

Η τρύπα στον δίσκο του υλικού στο κβάζαρ Q0957+561 σε απόσταση 9 δισ. έτη φωτός δείχνει ότι θα μπορούσε να ήταν ένδειξη για ένα εξωτικό συμπαγές αντικείμενο που λέγεται MECO

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο δίσκος του υλικού που περιβάλλει το κέντρο του κβάζαρ έχει μια οπή του οποίου το πλάτος είναι περίπου 4.000 Au (αστρονομικές μονάδες - 1 Au είναι η απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου). Αυτό το χάσμα δείχνει ότι το υλικό στο δίσκο έχει 'σκουπιστεί' - να έχει απομακρυνθεί - από τις μαγνητικές δυνάμεις από το κεντρικό αντικείμενο, λένε οι οι ερευνητές, και πρέπει επομένως να είναι MECO, κι όχι μια μαύρη τρύπα.

"Πιστεύω ότι είναι οι πρώτες αποδείξεις ότι ολόκληρο το 'παράδειγμα' των μαύρων οπών είναι ανακριβές", λέει ο Darryl Leiter του Αστροφυσικού Κέντρου στην πόλη Charottesville στην Βιρτζίνια, ο οποίος συνυπογράφει τη μελέτη. Αναφέρει μάλιστα ότι εκεί όπου οι αστρονόμοι νομίζουν ότι βλέπουν μαύρες τρύπες, στην πραγματικότητα εξετάζουν MECO.

Σύμφωνα με τη θεωρία των MECO, τα βαριά αντικείμενα στο σύμπαν δεν μπορούν ποτέ στην πραγματικότητα να καταρρεύσουν για να σχηματίσουν μαύρες τρύπες. Όταν ένα αντικείμενο γίνεται πολύ πυκνό και καυτό, υποατομικά εικονικά σωματίδια σε τεράστιους αριθμούς αρχίζουν να αναδύονται και να εξαφανίζονται σχεδόν αμέσως μέσα σε αυτό, παράγοντας έτσι άφθονα ποσά ακτινοβολίας. Η εξωτερική πίεση από αυτήν την ακτινοβολία σταματά την κατάρρευση έτσι που το αντικείμενο να παραμένει μια καυτή σφαίρα πλάσματος, αντί να γίνεται μια μαύρη τρύπα.

Εξαιρετικά σύνθετη

Όμως ο Chris Reynolds του πανεπιστημίου της Μέρυλαντ στη Βαλτιμόρη, υποστηρίζει ότι τα στοιχεία για την ύπαρξη ενός αντικειμένου MECO μέσα σε αυτό το κβάζαρ δεν είναι πειστικά. Η φαινόμενη τρύπα μέσα στο δίσκο θα μπορούσε να γεμίσει με πολύ καυτό ασθενές αέριο, που δεν θα ακτινοβολούσε αρκετά και είναι δύσκολο να την δούμε, εξηγεί. "Ειδικά εάν κοιτάζετε με ένα οπτικό τηλεσκόπιο, όπως έγιναν αυτές οι παρατηρήσεις, εσείς δεν θα βλέπατε καθόλου εκείνο το αέριο", αναφέρει.

Εντούτοις, ο Leiter υποστηρίζει ότι αυτό το σενάριο θα άφηνε ανεξήγητα άλλα πράγματα. Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι πυρακτώνεται ένα μικρό δαχτυλίδι στην εσωτερική άκρη του δίσκου, που είναι ένα σημάδι ότι έχει θερμανθεί από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, εξηγεί. Στο σενάριο του Ρέυνολντς, θα έπρεπε αντίθετα να θερμαινόταν ένα πολύ ευρύτερο τμήμα του δίσκου, λέει.

Εν πάση περιπτώσει, λέει ο Ρέυνολντς, είναι δύσκολο να συναχθούν συμπεράσματα από τις λεπτομερείς συγκρίσεις των παρατηρήσεων της ομάδας με τα μοντέλα των μαύρων οπών, επειδή αυτά τα μοντέλα απέχουν από το να είναι οριστικά. "Ξέρουμε ότι η πτώση του αερίου στις μαύρες τρύπες είναι ένα εξαιρετικά σύνθετο φαινόμενο", λέει. "Δεν ξέρουμε ακριβώς με τι θα έμοιαζε αυτό".

"Θα ήταν αληθινά συναρπαστικό εάν υπήρχαν πλήρως επιβεβαιωμένες αποδείξεις, ότι υπήρχε ένα αντικείμενο που δεν θα ήταν μαύρη τρύπα σε αυτά τα κβάζαρ", προσθέτει ο  Ρέυνολντς. "Δε νομίζω ότι τώρα υπάρχουν τέτοιες αποδείξεις".

Δημοσίευση στο Astronomical Journal

Το όνομα MECO δόθηκε από τον αστρονόμο Rudy Schild του Κέντρου για την Αστροφυσική του Χάρβαρντ, καθώς και από τον ινδό αστροφυσικό Abhas Mitra το 1998, για να περιγράψει τα συμπεράσματα σχετικά με το κβάζαρ Q0957+561. Οι παρατηρήσεις του δίσκου προσαύξησης αυτού του κβάζαρ με τη βοήθεια ενός βαρυτικού φακού ενίσχυσης φαίνονται να δείχνουν ότι Q0957+561 έχει ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο δεν μπορεί να έχει μια μαύρη τρύπα. Οι ερευνητές συμπέραναν την ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου από το γεγονός ότι ο δίσκος προσαύξησης έχει ένα κενό 4.000 Au  γύρω από το κεντρικό αντικείμενο. Ένα μικρό μέρος του δίσκου  φαίνεται να ακτινοβολεί ακριβώς έξω από το χάσμα, το οποίο ερμηνεύεται ως ένα σημάδι ότι το υλικό θερμαίνεται από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

Σύμφωνα με τη θεωρία MECO, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να υπάρχουν στο σύμπαν. Η θεωρία υποστηρίζει ότι όταν καταρρέει ένα αστέρι - αφού τελειώσουν τα καύσιμα του - και γίνει πολύ καυτό και πυκνό, κάποια υποατομικά σωματίδια αναδύονται και εξαφανίζονται σε τεράστιους αριθμούς, που παράγουν πολλή ακτινοβολία  Hawking. Η πίεση από αυτήν την ακτινοβολία θα απέτρεπε την περαιτέρω κατάρρευση του αντικειμένου.

Ένα αντικείμενο MECO έχει τις ιδιότητες της μάζας και του σπιν, όπως και μια μαύρη τρύπα, αλλά αντίθετα από αυτήν, έχει άλλες φυσικές ιδιότητες που την κάνουν να μοιάζει περισσότερο σαν ένα ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό δίπολο. Οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαγνητική ροπή, έτσι ένα MECO αναμένεται να έχει δομή που μπορεί να παραγάγει ένα μαγνητικό πεδίο. Τα MECO επίσης δεν έχουν ορίζοντες γεγονότων. Αντίθετα, πλησιάζοντας ένα MECO, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο θα επιτάχυνε το προσπίπτων υλικό μακριά, και οποιοδήποτε υλικό δεν αναστρέφεται βαθμιαία επιβραδύνεται και σταματά στην ή κοντά στην επιφάνεια με υψηλή ερυθρή μετατόπιση. Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει μόνο μια πολύ ασθενή αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών που είναι κάτω από τον έλεγχο των MECO και του εξωτερικού κόσμου.

Καθώς το φαινόμενο του δίσκου προσαύξησης δεν γίνεται ακόμα εντελώς κατανοητό, η ύπαρξη των MECO δεν γίνεται αποδεκτή από όλους.

Τα κβάζαρ είναι τα πιο μακρινά και λαμπρά αντικείμενα του σύμπαντος, που το καθένα τους εκπέμπει ενέργεια εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από ένα γιγαντιαίο γαλαξία. Η απόσταση τους υπολογίζεται από την μεγάλη μετατόπιση που παρουσιάζει το φάσμα τους προς το ερυθρό.

Πρωτοανακαλύφθηκαν το 1960, όταν οι αστρονόμοι έψαχναν για πολύ ισχυρές ραδιοπηγές. Γι' αυτόν το λόγο ονομάστηκαν QUAsi-stellAR (ημιαστρικές ραδιοπηγές) ή ημιαστέρες. Σήμερα ξέρουμε πως δεν έχουν καμμιά ομοιότητα με τους αστέρες αν και στις φωτογραφίες μοιάζουν.
Η μελέτη τους είναι σπουδαία λόγω της εικόνας που σχηματίζουμε για τα αρχαιότερα αντικείμενα του Σύμπαντος. Δημιουργήθηκαν στο αρχέγονο σύμπαν και η ηλικία τους συγκρίνεται με αυτό το ίδιο το σύμπαν.

Σήμερα πιστεύουμε πως τα κβάζαρ είναι πυρήνες γαλαξιών οι οποίοι περιέχουν στο κέντρο τους μια μεγάλη μαύρη τρύπα. Τα κβάζαρ ανήκουν σ' εκείνη την κατηγορία των ουράνιων σωμάτων που ονομάζουμε "ενεργούς" γαλαξίες. Οι κβάζαρ, αν και δεν ξεπερνούν κατά πολύ σε μέγεθος τον ήλιο, είναι εκατοντάδες φορές πιο λαμπροί από τον ίδιο τον Γαλαξία μας και εκπέμπουν σε μια ευρεία περιοχή του φάσματος: από το υπέρυθρο μέχρι την περιοχή των ακτίνων-Χ ή και σπανιότερα των ακτίνων-γ.

Μια σημαντική μεταβολή της φωτεινότητας ενός κβάζαρ, μέσα σε ένα μήνα για παράδειγμα, σημαίνει πως το μέγεθός του δεν ξεπερνά τον ένα μήνα φωτός. Επομένως, οι κβάζαρ είναι αντικείμενα πολύ μικρά σε σύγκριση με τους γαλαξίες.