Γιατί οι μαύρες τρύπες είναι τόσο φωτεινές;

Εξ ορισμού, οι μαύρες τρύπες είναι τόσο πυκνές που ούτε καν φως μπορεί να διαφύγει. Αλλά αν ρωτήσετε οποιονδήποτε αστροφυσικό θα σας αναφέρουν ότι οι μαύρες τρύπες συγκαταλέγονται σε μερικά από τα πιο φωτεινά αντικείμενα του σύμπαντος. Τι συμβαίνει στην πραγματικότητα;  

Η εικόνα δείχνει τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Messier 87, ένας μεγάλος γαλαξίας στο σμήνος της Παρθένου, που περιβάλλεται από ένα φωτοστέφανο φωτεινού αερίου που τραβιέται προς τα μέσα από τη βαρύτητα. Αυτή η μαύρη τρύπα βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη και έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν του ήλιου. Λήφθηκε από το γιγάντιο Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων EHT (είναι μια μεγάλη συστοιχία τηλεσκοπίων αποτελούμενη από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων)

Η απάντηση, εν μέρει, είναι ότι οι μαύρες τρύπες δεν ζουν μόνες. Οι μαύρες τρύπες τέρατα στα κέντρα των γαλαξιών συνήθως περιβάλλονται από νέφη καυτού αερίου. Καθώς αυτό το υλικό διοχετεύεται προς τη μαύρη τρύπα, μπορεί να δημιουργήσει κοσμικές “αύρες” γύρω από το πιο σκοτεινό μέρος του γαλαξία.

Περιέργως, η μαύρη τρύπα στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία δεν είναι τόσο φωτεινή όσο θα έπρεπε. Αν καταλάβετε το μυστήριο γιατί αυτή η μαύρη τρύπα είναι τόσο σκοτεινή, σχετικά μιλώντας, θα σας βοηθήσει ύστερα να διευκρινίσετε τη σύνδεση μεταξύ του φωτός που βλέπουμε και αυτού που πέφτει μέσα σε αυτήν.

Γιατί λάμπουν οι μαύρες τρύπες

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι που μπορούν οι μαύρες τρύπες να φαίνονται ότι λάμπουν. Όταν το αέριο από τα κοντινά αστέρια πέφτει προς τη μαύρη τρύπα, το αέριο περιστρέφεται και καθώς το κάνει, τρίβονται τα μόρια του μαζί και έτσι ζεσταίνεται. Είναι ουσιαστικά η ίδια διαδικασία που χρησιμοποιούν οι πρόσκοποι για να ανάψουν μια φωτιά με δύο ραβδιά, εκτός ότι εδώ η θερμοκρασία αυτού του αερίου μπορεί να φτάσει εκατομμύρια βαθμούς.

Το αέριο που ζεσταίνεται διαχωρίζει τα δικά του άτομα, δημιουργώντας έτσι μια θάλασσα θετικών ιόντων και αρνητικών ηλεκτρονίων. Αυτά τα φορτισμένα σωματίδια δημιουργούν στροβιλιζόμενα μαγνητικά πεδία, τα οποία διοχετεύουν το αέριο σε δύο πίδακες που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Εάν ένας από αυτούς τους πίδακες τυχαίνει να είναι υπό γωνία ώστε να δείχνει προς τη Γη, βλέπουμε μια λαμπρή μαύρη τρύπα.

Αλλά μερικές φορές δεν χρειάζεται να βρεθούμε απευθείας στην τροχιά του φωτεινού πίδακα. Αυτοί οι πίδακες μπορούν επίσης να ρέουν και να χτυπήσουν σε κοντινά νέφη αερίου ή ακόμα και σε έναν γειτονικό γαλαξία. Η σύγκρουση δημιουργεί μια ξεχωριστή λάμψη.

Το αμυδρό μας τέρας

Στο κέντρο του Γαλαξία μας (Milky Way) βρίσκεται ένα εκπληκτικά ήρεμο τέρας που ονομάζεται Sagittarius A*. «Ενώ είναι μια μαύρη τρύπα και ένα ενεργητικό σύστημα, όμως αυτή είναι σχεδόν νεκρή», δήλωσε ο Geoffrey Bower του Ινστιτούτου Αστρονομίας και Αστροφυσικής στη Χαβάη.

Το ερώτημα είναι γιατί. «Γνωρίζουμε ότι υπάρχει κάποιο είδος μηχανισμού που εμποδίζει το υλικό από το να φτάσει στο κέντρο, ή να φθάσει στην ίδια τη μαύρη τρύπα και να πέσει μέσα», δήλωσε η Lía Corrales, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, «αλλά δεν έχουμε καταλάβει ακριβώς τι είναι αυτός ο μηχανισμός. ”

Μια ιδέα υποστηρίζει ότι καθώς το αέριο πέφτει προς τη μαύρη τρύπα και θερμαίνεται, η πρόσθετη πίεση ωθεί το αέριο να αποτραβηχτεί πίσω. Πράγματι, σε μια δημοσίευση στο The Astrophysical Journal, η Corrales και οι συνεργάτες της δημοσίευσαν το αποτέλεσμα μιας μακροχρόνιας στατιστικής ανάλυσης των παρατηρήσεων της μαύρης τρύπας, από το Παρατηρητήριο ακτίνων-Χ Chandra. Η μελέτη διαπίστωσε ότι υπάρχουν ενδείξεις ότι το καυτό αέριο κοντά στον Τοξότη Α * κινείται προς τα έξω και ψύχεται.

Αλλά η μαύρη τρύπα Τοξότης Α* δεν είναι νεκρά. Εμφανίζεται και μερικές φορές δε γίνεται εκατοντάδες φορές πιο φωτεινή. Οι αστρονόμοι δεν είναι σίγουροι αν αυτές οι εκλάμψεις είναι το αποτέλεσμα της συσσώρευσης μεγάλων συγκεντρώσεων καυτού αερίου, κρουστικών κυμάτων που κινούνται μέσω του αερίου ή των θολωτών τόξων μαγνητικού υλικού, παρόμοιες με τις ηλιακές εκλάμψεις που βγαίνουν από τον ήλιο.

Για να πάρουμε ολόκληρη την εικόνα του τι συμβαίνει, οι αστρονόμοι προσπάθησαν να παρακολουθήσουν τον Τοξότη Α * μέσω πολλών διαφορετικών τύπων τηλεσκοπίων ταυτόχρονα.

Το κλειδί για αυτήν την επιχείρηση είναι το τηλεσκόπιο Event Horizon – 11 τηλεσκόπια που απλώνονται σε όλη τη Γη και λειτουργούν ως ένα μόνο όργανο. Το EHT μπορεί να δει πώς το λαμπερό αέριο παρασύρεται γύρω από τα περίχωρα της μαύρης τρύπας λίγο πριν πέσει μέσα της . Άλλα τηλεσκόπια βλέπουν τι συμβαίνει πιο μακριά από τη μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι μπορούν στη συνέχεια να συγκρίνουν αυτές τις προβολές για να διευκρινίσουν τι προκαλεί τις εκλάμψεις (εκρήξεις φωτός).

Από αυτά τα 11 τηλεσκόπια (τα υπόλοιπα τρία θα προστεθούν αργότερα). Κάθε άνοιξη, υπάρχει μόνο μια περίοδος 10 ημερών κατά την οποία όλα τα τηλεσκόπια του EHT μπορούν να δουν τους αστρονομικούς τους στόχους – ένα εξαιρετικά σύντομο χρονικό παράθυρο παρατήρησης που μειώνει σημαντικά το περιθώριο σφάλματος. Δυστυχώς, ο κακός καιρός το 2018 περιόρισε τις παρατηρήσεις και το 2019, ένα τεχνικό χάος ανάγκασε τους αστρονόμους να ακυρώσουν την παρακολούθηση.

Το 2017, ωστόσο, οι αστρονόμοι ήταν τυχεροί. Όχι μόνο μπόρεσαν να συντονίσουν τη λειτουργία του EHT με παρατηρήσεις από τηλεσκόπια ακτίνων Χ που βρίσκονται στο διάστημα, αλλά έτυχαν να παρακολουθούν όταν ο Τοξότης Α* άφησε μια έκλαμψη. Οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη κυκλοφορήσει αυτά τα δεδομένα.

Δυστυχώς, η εκστρατεία παρατήρησης του 2020, η οποία είχε προγραμματιστεί να ξεκινήσει στις 26 Μαρτίου, ακυρώθηκε λόγω της πανδημίας COVID-19. Οι αστρονόμοι θα πρέπει να αναβάλουν την επόμενη παρατήρηση με το EHT στον Τοξότη Α* έως το 2021. Η ήσυχη μαύρη τρύπα μας θα πρέπει να περιμένει.

Οι παρατηρήσεις είναι του Event Horizon Telescope τον Απρίλιο του 2020 περιλαμβάνει 11 τηλεσκόπια σε έξι γεωγραφικές τοποθεσίες. Το EHT στοχεύει να φτάσει σε ένα δίκτυο 14 τηλεσκοπίων.