Η προέλευση του τόρου στον γαλαξιακό πυρήνα ενός κβάζαρ

Τα κβάζαρ είναι ένα από τα πιο ενεργητικά αντικείμενα του σύμπαντος, με μερικά από αυτά να είναι τόσο φωτεινά σαν δέκα χιλιάδες γαλαξίες μαζί. Τα κβάζαρ έχουν τεράστιες μαύρες τρύπες στους πυρήνες τους, και οι αστρονόμοι πιστεύουν επίσης ότι οι περιοχές γύρω από αυτές συσσωρεύουν δραστήρια την ύλη, μια διαδικασία που απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας και συχνά εκτοξεύει μια ισχυρή και στενή δέσμη του υλικού. Επειδή είναι πολύ φωτεινά τα κβάζαρ μπορεί να τα δει κανείς ακόμη και όταν είναι πολύ μακριά, και τούτος ο συνδυασμός να είναι πάρα πολύ ενεργητικά, ενώ βρίσκονται σε τεράστιες κοσμολογικές αποστάσεις, τα κάνουν ελκυστικά για τη μελέτη τους από τους αστρονόμους.

Μια καλλιτεχνική άποψη ενός κβάζαρ, ενώ στο ένθετο πάνω αριστερά είναι το κβάζαρ GB1508 5714 όπως το είδε το Chandra. Τα στοιχεία αποκαλύπτουν ένα πίδακα σωματιδίων υψηλής ενέργειας που εκτείνεται πάνω από 100.000 έτη φωτός και προέρχεται από την υπερβαρέα μαύρη τρύπα (στο γαλαξιακό κέντρο) που τροφοδοτεί το κβάζαρ. Μια πρόσφατη μελέτη δείχνει για πρώτη φορά ότι όντως σχηματίζεται ένας δακτύλιος αερίου και σκόνης, γύρω από τον γαλαξιακό πυρήνα καθώς το υλικό πέφτει προς τη μαύρη τρύπα.

Οι τελευταίοι προσπαθούν να καταλάβουν τη φύση της μαύρης τρύπας στο γαλαξιακό κέντρο (και ο δικός μας Γαλαξίας έχει μία τέτοια υπερβαρέα μαύρη τρύπα) και τις συνθήκες που επικρατούσαν στο πρώιμο σύμπαν, που ανάγκασε τον σχηματισμό αυτών των τεράτων.

Τα κβάζαρ και άλλοι γαλαξίες με λιγότερο δραματικές αλλά ακόμα ενεργό πυρήνα, συναντώνται σε μια ποικιλία υποομάδων. Κάποια, για παράδειγμα, περιέχουν καυτό αέριο που κινείται με τεράστια ταχύτητες, ενώ άλλοι δεν έχουν. Μερικοί πάλι φαίνονται να έχουν αρκετή σκόνη που απορροφούν το φως, ενώ άλλοι όχι.

Ένα πρόβλημα στη διαλεύκανση του μυστηρίου του κβάζαρ είναι ότι πολλοί (ίσως και οι περισσότεροι) πυρήνες των κβάζαρ φαίνεται να περιβάλλονται από έναν δακτύλιο σκόνης που δυσκολεύει τη μελέτη τους. Στην πραγματικότητα, το καθιερωμένο μοντέλο προτείνει ότι οι διάφορες υποομάδες προκύπτουν λόγω της προβολής του ενεργού πυρήνα σε διαφορετικές γωνίες σε σχέση με τον γεμάτο σκόνη τόρο του. Αν ο πυρήνας τυχαίνει να τον βλέπουμε κατά πρόσωπο και αν υπάρχει ένας πίδακας τότε οι ταχύτητες του αερίου είναι μεγάλες και η σκόνη δεν φαίνεται. Αν τον δούμε πλάγια μέσω του τόρου, οι παρατηρούμενες ταχύτητες είναι πολύ μικρότερες και η σκόνη φαίνεται να απορροφά κάποια χαρακτηριστικά. Αλλά μέχρι σήμερα κανείς δεν γνωρίζει με βεβαιότητα πώς σχηματίζονται τα κβάζαρ, πώς αναπτύσσονται στο χρόνο, ή πώς (ή τι) φυσικές διεργασίες παράγουν την καταπληκτική ενέργεια τους.

Η κατάσταση αυτή μπορεί να είναι έτοιμη να αλλάξει. Η βίαιη δραστηριότητα γύρω από μια μαύρη τρύπα επειδή είναι πολύ δύσκολο να αναλυθεί μόνο με χαρτί και μολύβι, γι αυτό για χρόνια οι ερευνητές προσπαθούσαν να χρησιμοποιήσουν προσομοιώσεις για να εντοπίσουν τι συμβαίνει. Αλλά αυτές οι προσομοιώσεις έχουν να αντιμετωπίσουν μια μεγάλη πρόκληση: τον εντοπισμό της λεπτομερούς ροής του υλικού από όλο τον γαλαξία (σε κλίμακες εκατοντάδων χιλιάδων ετών φωτός) προς την κεντρική περιοχή (το ένα δέκατο του έτους φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα). Γιατί ήταν πάρα πολύ δύσκολο να παρακολουθούμε τα πάντα σε μια τέτοια μεγάλη κλίμακα.

Τελευταία οι αστρονόμοι Chris Hayward και Lars Hernquist του Κέντρου για την Αστροφυσική του Harvard έχουν βρει έναν τρόπο για να ασχοληθούν με το υπολογιστικό δίλημμα. Χρησιμοποίησαν λοιπόν ένα έξυπνο σύστημα zoom in που τους επιτρέπει να παρακολουθούν και να μοντελοποιούν, με ένα συνεπή τρόπο, επιλεγμένα τμήματα του αερίου καθώς αυτό κινείται προς τον τόρο (δακτύλιο).

Οι προσομοιώσεις τους οδήγησαν σε δύο πολύ σημαντικά συμπεράσματα. Πρώτον, δείχνουν ότι ένας τόρος γεμάτος σκόνη είναι πιθανόν να παράγεται γύρω από τη μαύρη τρύπα – στο παρελθόν υποθέταμε ότι υπήρχε προκειμένου να εξηγήσουμε τις διάφορες μορφολογίες, αλλά ποτέ δεν είχε αποδειχθεί ότι υπήρχε, ακόμη και σε μια προσομοίωση. Δεύτερον, οι επιστήμονες δείχνουν ότι ο τόρος δεν είναι απλώς μια παθητική οθόνη: διαδραματίζει ενεργό ρόλο στη τροφοδοσία με αέριο και σκόνη του δίσκου προσαύξησης γύρω από την ίδια τη μαύρη τρύπα.