Επιστήμονες απαθανάτισαν νέες εικόνες Μαύρης Τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία
Οι μαύρες τρύπες είναι άπιαστα κοσμικά πλάσματα. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν αμφέβαλλε για την ύπαρξη τους, παρόλο που ήταν μια πρόβλεψη της πιο επιτυχημένης θεωρίας του για τη Γενική Σχετικότητα. Όπως θα υπονοούσε το όνομα, οι μαύρες τρύπες είναι εντελώς μαύρες. απορροφούν όλο το φως και έτσι δεν μπορούν να παρατηρηθούν με παραδοσιακές τεχνικές. Αντίθετα, οι επιστήμονες αναζητούν τις επιπτώσεις του τεράστιου βαρυτικού πεδίου μιας μαύρης τρύπας σε κοντινά ουράνια σώματα. Τα τελευταία 30 χρόνια υπήρξε μια έκρηξη έρευνας για τις μαύρες τρύπες, με πολλές πιθανές μαύρες τρύπες να έχουν εντοπιστεί.
Τώρα, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων κατέγραψε τις πιο ακριβείς εικόνες του Τοξότη Α*—της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που καταλαμβάνει το κέντρο του Γαλαξία μας. Για να είμαστε πιο ακριβείς, απαθανάτισαν εικόνες μεγάλων σφαιριδίων υπερθερμασμένου αερίου που κατρακυλούν σε αυτό που φαίνεται να είναι ο γκρεμός της τελευταίας περιοχής σταθερής τροχιάς πριν πέσουν στο άφατο κέντρο της μαύρης τρύπας.
Για να ανιχνεύσουν τις περιοχές δραστηριότητας γύρω από τη μαύρη τρύπα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα όργανο που ονομάζεται GRAVITY το οποίο συγκέντρωσε δεδομένα παρατήρησης από 4 ξεχωριστά τηλεσκόπια 8 μέτρων που βρίσκονται στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή. Οι ερευνητές βρήκαν πολλά «hotspots» ή μαγνητική δραστηριότητα που περιστρέφονται με ταχύτητα περίπου 30% της ταχύτητας του φωτός γύρω από ένα μεγάλο κεντρικό αντικείμενο με μάζα περίπου 4 εκατομμυρίων Ήλιων. Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν επίσης ορισμένες άγνωστες ιδιότητες σχετικά με τον προσανατολισμό της κεντρικής μαύρης τρύπας του Γαλαξία μας, πληροφορίες που θα βοηθήσουν μελλοντικές παρατηρητικές προσπάθειες. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στις 31 Οκτωβρίου στο περιοδικό Astronomy &Astrophysics,
Μαύρες τρύπες του Γαλαξιακού Πυρήνα
Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν ένα αρκετά μεγάλο ετοιμοθάνατο αστέρι καταρρέει μέσα του, δημιουργώντας μια ακατανόητα πυκνή ιδιομορφία που αποπνέει ένα εξαιρετικά ισχυρό βαρυτικό πεδίο. Η χωροχρονική περιοχή που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα είναι τόσο στριμμένη και παραμορφωμένη από την εξαιρετικά πυκνή ιδιομορφία που ούτε το ίδιο το φως μπορεί να ξεφύγει από την έλξη του. Επειδή η βαρυτική τους έλξη είναι τόσο ισχυρή που ακόμα και το φως παγιδεύεται, δεν μπορείτε να παρατηρήσετε μια μαύρη τρύπα απλά κοιτώντας την απευθείας όπως θα κάνατε για ένα αστέρι, έναν πλανήτη ή έναν αστεροειδή. Αντίθετα, οι επιστήμονες ανιχνεύουν και μετρούν τις μαύρες τρύπες παρατηρώντας τη βαρυτική τους επίδραση σε κοντινά αντικείμενα. Μετρώντας την κίνηση ενός αντικειμένου γύρω από μια μαύρη τρύπα, οι επιστήμονες μπορούν να επεκτείνουν αυτές τις πληροφορίες σε διάφορες ιδιότητες της μαύρης τρύπας, όπως το μέγεθός της, η ισχύς του βαρυτικού πεδίου, η περιστροφή, κ.λπ. γρήγορα, ή οι διακυμάνσεις στην ένταση του φωτός που εκπέμπεται από ένα αστέρι θα μπορούσαν όλα να είναι σημάδια δραστηριότητας μιας κοντινής μαύρης τρύπας. Οι ίδιες οι μαύρες τρύπες διαρρέουν επίσης μεγάλες ποσότητες ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και μπορούν να εμφανιστούν ως γιγάντιοι παλμοί ενέργειας στον νυχτερινό ουρανό.
Είναι πλέον κοινά αποδεκτό από τους αστρονόμους ότι στο κέντρο των περισσότερων μεγάλων γαλαξιών βρίσκεται μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που χρησιμεύει ως ο γαλαξιακός πυρήνας. Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η κατανομή και η κίνηση των άστρων στους περισσότερους γαλαξίες είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο που ασκεί τη βαρυτική της έλξη στα αστέρια. Η μαύρη τρύπα είναι για τον γαλαξία μας ό,τι ο ήλιος για το ηλιακό μας σύστημα, ένα κεντρικό σημείο του οποίου η βαρύτητα συγκρατεί τα πράγματα.
Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές εξαιρετικά υψηλής ενέργειας του διαστήματος και έτσι εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας και μαγνητισμού. Έντονα μαγνητικά πεδία θα στροβιλίζονται και θα αναμειγνύουν αέρια που κρέμονται γύρω από τον δίσκο συσσώρευσης των μαύρων οπών, γεγονός που θα τα κάνει να κουμπώνουν πέρα δώθε εξαιρετικά γρήγορα και να υπερθερμαίνονται. Αυτές οι "εκλάμψεις" εκδηλώνονται ως εξαιρετικά φωτεινά "καυτά σημεία" θερμικής και ηλεκτρομαγνητικής δραστηριότητας στον δίσκο προσαύξησης. t. Αυτές οι δραστηριότητες εκλάμψεων μπορούν να θεωρηθούν ανάλογες με μια ηλιακή έκλαμψη από τον δικό μας ήλιο. Παρόλο που αυτές οι εκλάμψεις είναι εξαιρετικά φωτεινές σύμφωνα με τα συμβατικά πρότυπα, είναι πολύ αμυδρά σε σύγκριση με τις άλλες δραστηριότητες της μαύρης τρύπας και έχουν την τάση να καλύπτονται από την ακραία σχετικιστική παραμόρφωση του τοπικού χωροχρόνου. Είναι επίσης σχετικά βραχύβια. Μετά από περίπου μία ώρα, η μαγνητική δραστηριότητα θα απομακρύνει τα σωματίδια και θα εξαφανίσει το σύννεφο.
Η ομάδα των ερευνητών παρατήρησε για πρώτη φορά την παρουσία αυτών των εκλάμψεων στον Τοξότη Α* τον Μάιο, ενώ παρατήρησε τη σχετικιστική παραμόρφωση της μαύρης τρύπας του εισερχόμενου φωτός από ένα κοντινό αστέρι S2. Το όργανο GRAVITY που χρησιμοποιήθηκε από την ομάδα συγκεντρώνει δεδομένα από 4 άλλα τηλεσκόπια 8 μέτρων στη Νότια Αμερική για να καταγράψει το εξαιρετικά αχνό προφίλ των εκλάμψεων έναντι των άλλων σχετικιστικών επιπτώσεων της μαύρης τρύπας. Το GRAVITY ενώνει τις παρατηρητικές ικανότητες των 4 τηλεσκοπίων μαζί, δημιουργώντας ουσιαστικά ένα μεγάλο τηλεσκόπιο με πραγματική διάμετρο 130m. Η αυξημένη ανάλυση της συσκευής GRAVITY είναι σε θέση να τραβήξει παρεμβολομετρικές εικόνες περίπου χίλιες φορές πιο αμυδρές από πριν. Τα συγκεντρωμένα δεδομένα έδειξαν μια συνεχή ροή φωτοβολίδων που αναβλύζουν από τον δίσκο προσαύξησης. Αυτού του είδους οι εκρήξεις έχουν μετρηθεί στο παρελθόν, αλλά ποτέ με αρκετή ακρίβεια για να μετρηθεί με ακρίβεια ο προσανατολισμός και η πόλωση των εκλάμψεων. Τα δεδομένα έδειξαν ότι καθεμία από τις εκλάμψεις κινούνταν με περίπου 30% την ταχύτητα του φωτός σε ένα τόξο 45 λεπτών γύρω από μια μάζα μεγέθους 4 εκατομμυρίων ήλιων.
Σε μια καλή τύχη, οι συγκεκριμένες εκλάμψεις που καταγράφηκαν από το όργανο GRAVITY έδωσαν επίσης σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τον γεωμετρικό προσανατολισμό του δίσκου προσαύξησης των μαύρων τρυπών σε σχέση με τη Γη. Η θέση και η κίνηση των εκλάμψεων φαίνεται να υποδηλώνουν ότι ο δίσκος προσαύξησης του Τοξότη Α* είναι προσανατολισμένος σχεδόν στραμμένος στη Γη και όχι στην άκρη. Με άλλα λόγια, αν κάποιος τραβούσε μια ευθεία γραμμή από τη Γη στον Τοξότη Α*, η διαδρομή θα τον οδηγούσε ακριβώς στο κέντρο του δίσκου προσαύξησης. Η διαδρομή των φωτοβολίδων θα μπορούσε να αναπαρασταθεί σχεδόν ως μια κυκλική τροχιά από πάνω. Μόνο η παρατήρηση των φωτοβολίδων ήταν απίθανη. ότι αποκάλυψαν επίσης τον προσανατολισμό του δίσκου προσαύξησης φαίνεται να είναι μια πράξη κοσμικής γαλήνης. «Είναι σαν να κερδίζεις το λαχείο», είπε ο Ράινχαρντ Γκένζελ, ένας από τους συγγραφείς της δημοσίευσης, «επειδή η a priori πιθανότητα να δεις κάτι τέτοιο κατά πρόσωπο είναι πολύ χαμηλή. Σχεδόν φαίνεται ότι κάποιος το έχει κανονίσει αυτό για εμάς. Υποθέτω ότι το γαλαξιακό κέντρο είναι ένα μέρος για τυχερούς ανθρώπους.»
Επιπλέον, τα δεδομένα έδειξαν ότι οι εκλάμψεις της δραστηριότητας βρίσκονταν ακριβώς κάτω από μια περιοχή που πιστεύεται ότι είναι το σημείο χωρίς επιστροφή—η τελευταία περιοχή της πιο εσωτερικής σταθερής κυκλικής τροχιάς (ISCO). Πέρα από το σημείο μη επιστροφής, ένα αντικείμενο αναπόφευκτα θα υποκύψει στη βαρυτική έλξη της μαύρης τρύπας και θα πέσει στο κέντρο. Η τοποθεσία του ISCO καθορίζεται από τις θεμελιώδεις ιδιότητες μιας μαύρης τρύπας. μάζα, σπιν και ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, το γεγονός ότι το σημείο χωρίς επιστροφή είναι στην πραγματικότητα χαμηλότερο από ό,τι πιστεύουμε σημαίνει μια αλλαγή στην κατανόησή μας για τη θεμελιώδη σύνθεση του Τοξότη Α*.
Επόμενο στην ημερήσια διάταξη για την ομάδα είναι να συνεχίσει τις παρατηρήσεις της για τον Τοξότη Α* με την ελπίδα να εντοπίσει περισσότερες φωτοβολίδες. Επιπλέον, το τηλεσκόπιο Event Horizon, το οποίο επιδιώκει να συγκεντρώσει δεδομένα από ραδιοπαρατηρητήρια σε όλο τον κόσμο, πρόκειται να δημοσιεύσει πρώιμα αποτελέσματα από την πρώτη πλήρη λειτουργία του. Το τηλεσκόπιο Event Horizon επιδιώκει να παρατηρήσει τον ορίζοντα γεγονότων του Τοξότη Α*—την περιοχή όπου το φως παγιδεύεται σε μια κυκλική ζώνη γύρω από τη μαύρη τρύπα. Ο ορίζοντας γεγονότων είναι το θεωρητικό όριο στην παρατήρηση της μαύρης τρύπας, καθώς οτιδήποτε διασχίζει αυτή τη γραμμή περνά έξω από το βασίλειο του παρατηρήσιμου σύμπαντος στη μυστηριώδη ιδιομορφία που βρίσκεται στο κέντρο κάθε μαύρης τρύπας - μια περιοχή του χώρου όπου οι γνωστοί νόμοι της φυσικής καταρρέουν και δεν ισχύουν πλέον. Είναι πιθανό ότι οι μετρήσεις υψηλής ακρίβειας του ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας θα αποκαλύψουν περισσότερη δραστηριότητα εκλάμψεων και θα επιβεβαιώσουν τα δεδομένα που συλλέγονται από το όργανο GRAVITY.
Οι τελευταίοι μήνες ήταν συναρπαστικοί για τους ερευνητές της μαύρης τρύπας. Μόλις αυτόν τον Σεπτέμβριο, μια ομάδα αστρονόμων με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο ανέφερε την παρατήρηση μιας μάζας στο μέγεθος της Γης που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα με ~30% την ταχύτητα του φωτός, και τον Ιούλιο το τηλεσκόπιο MeerKAT στη Νότια Αφρική μας έδωσε την πιο ευδιάκριτη εικόνες ακόμα από το κέντρο του γαλαξία μας Οι παρατηρήσεις από το όργανο GRAVITY είναι ένα άλλο κομμάτι του παζλ που είναι το κέντρο του γαλαξία μας.
