Ο Τοξότης Α* (Sagittarius A), μια γιγάντια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 4 εκατομμυρίων ήλιων, έχει προβληματίσει την επιστημονική κοινότητα για περισσότερα από 50 χρόνια. Οι νόμοι της φυσικής υπαγορεύουν ότι, όπως όλες οι μαύρες τρύπες στο σύμπαν, έτσι και η συγκεκριμένη, δεν θα έπρεπε μόνο να καταναλώνει ύλη, αλλά και να αποβάλλει μέρος της με τη μορφή ανέμου ή πιδάκων (jets). Ωστόσο ο Τοξότης Α παρέμενε περίεργα ήσυχος. Παρά τις δεκαετίες ερευνών, οι επιστήμονες μπορούσαν να συλλέξουν μόνο ενδείξεις εκρήξεων ανέμου που χρονολογούνταν πάνω από 20.000 χρόνια πριν, αλλά τίποτα πιο πρόσφατο.
«Αυτή είναι η κοντινότερη και καλύτερα μελετημένη μαύρη τρύπα», δήλωσε ο Μαρκ Γκόρσκι, βοηθός καθηγητής έρευνας στο Πανεπιστήμιο Northwestern στο Έβανστον του Ιλινόις. «Είναι αυτή που μπορούμε να διακρίνουμε και να δούμε όλη τη φυσική γύρω της, κι όμως φαινόταν να μην έχει άνεμο. Κάθε μαύρη τρύπα στο σύμπαν συμπεριφέρεται με αυτόν τον τρόπο, αλλά αυτή που είναι πιο κοντά μας είναι διαφορετική. Αυτό ήταν ένα τεράστιο πρόβλημα».
Τώρα, μετά από πέντε χρόνια παρατηρήσεων, ο Γκόρσκι και η Λένα Μουρτσίκοβα, επίκουρη καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας στο Northwestern, πιστεύουν ότι βρήκαν σημάδια του ανέμου που έλειπε. Το δίδυμο δημιούργησε μια εξαιρετικά λεπτομερή εικόνα της γύρω περιοχής της μαύρης τρύπας. Μέσα στην εικόνα, ο Γκόρσκι και η Μουρτσίκοβα εντόπισαν μια μεγάλη κοιλότητα σε σχήμα κώνου, απαλλαγμένη από ψυχρό αέριο.
Το χαρακτηριστικό αυτό θα μπορούσε να έχει διαμορφωθεί μόνο από έναν άνεμο θερμού αερίου που προέρχεται απευθείας από το ίδιο το αντικείμενο, σύμφωνα με τους ερευνητές, οι οποίοι είναι επικεφαλής συγγραφείς μιας μελέτης για την ανακάλυψη που δημοσιεύτηκε στις 4 Ιουνίου στο περιοδικό The Astrophysical Journal Letters.
«Ο άνεμος της μαύρης τρύπας λειτουργεί σαν πιστολάκι μαλλιών», είπε ο Γκόρσκι. «Φυσάει θερμό, ταραχώδη αέρα σε ένα ψυχρότερο, πυκνότερο υλικό, όπως τα βρεγμένα μαλλιά σας. Ο άνεμος είναι αρκετά ζεστός και δυνατός ώστε να θερμάνει και να φυσήξει το νερό από τα βρεγμένα μαλλιά σας και να τα μετακινήσει ελαφρώς — αλλά όχι αρκετά δυνατός ώστε να τα φυσήξει εντελώς από το κεφάλι σας». Παρομοίως, το θερμό αέριο στον άνεμο από τη μαύρη τρύπα άφησε μια σαφή υπογραφή σαρώνοντας το περιβάλλον ψυχρό αέριο, όπως υποδηλώνει η μελέτη.
Οι επιστήμονες έχουν προηγουμένως παρατηρήσει παρόμοιες εκροές, τόσο με τη μορφή στενών πιδάκων, όσο και ευρύτερων ανέμων, από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα άλλων γαλαξιών. Αυτές οι εκροές αποτελούν κρίσιμο μέρος του τρόπου με τον οποίο μια μαύρη τρύπα διοχετεύει ενέργεια στον γαλαξία-ξενιστή της και ρυθμίζει την ανάπτυξή του, σύμφωνα με τον Κρίστοφερ Ρέινολντς, καθηγητή αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ στο Κόλετζ Παρκ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
«Αυτές οι εκροές αποδείχθηκαν πραγματικά άπιαστες όταν εξετάζαμε τη δική μας υπερμεγέθη μαύρη τρύπα — μέχρι τώρα», έγραψε σε ένα email. «Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια αρκετά πειστική υπόθεση ότι ένας άνεμος από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία μας έχει ωθηθεί προς τα έξω μέσω της περιβάλλουσας σκόνης και αερίου. Δεν έχουν δει στην πραγματικότητα τον ίδιο τον άνεμο, αλλά η παρουσία του είναι αρκετά σαφής. Αυτό απαίτησε πολύ προσεκτική ανάλυση σχεδόν 5 ετών δεδομένων από το πιο ευαίσθητο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο — ένα πραγματικό άθλο».
Μια φωτογραφία από το Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration που παρασχέθηκε στις 12 Μαΐου 2022 και δείχνει την πρώτη εικόνα του Sagittarius A*, ή Sgr A*, της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας. EPA/EVENT HORIZON TELESCOPE COLLABORATION
Ένας ασθενέστερος άνεμος
Οι μαύρες τρύπες είναι αστρονομικά αντικείμενα με τόσο ισχυρή βαρύτητα που ούτε το φως μπορεί να ξεφύγει από αυτές. Οι περισσότεροι μεγάλοι γαλαξίες διαθέτουν μια κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα — έως και δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας. Οι μικρότερες μαύρες τρύπες είναι τα απομεινάρια μεγάλων νεκρών άστρων, αλλά η προέλευση των υπερμεγεθών είναι ελάχιστα κατανοητή.
Τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από το κατώφλι της μαύρης τρύπας, που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Ωστόσο, το υλικό που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα μπορεί να θερμανθεί και να λάμψει λόγω τριβής και παλιρροϊκών δυνάμεων, εκπέμποντας ραδιοκύματα και ακτίνες Χ. Όταν η μαύρη τρύπα τρέφεται με αέριο, το αντικείμενο απελευθερώνει σωματίδια με τη μορφή ανέμου ή πιδάκων που κινούνται με ταχύτητα σχεδόν ίση με αυτή του φωτός, ταξιδεύοντας χιλιάδες έτη φωτός στο διάστημα. Ένα έτος φωτός είναι η απόσταση που το φως διανύει σε ένα έτος, δηλαδή 9,46 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα.
Χρησιμοποιώντας τα ραδιοτηλεσκόπια ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) στη Χιλή, ο Γκόρκσι και η Μουρτσίκοβα δημιούργησαν τον πιο λεπτομερή χάρτη που έχει γίνει ποτέ για το ψυχρό αέριο γύρω από τον Τοξότη Α* και στη συνέχεια αφαίρεσαν όλες τις ραδιοπαρεμβολές από το αντικείμενο. Αυτό που έμεινε έδειξε μια κοιλότητα μήκους περίπου 3 ετών φωτός και με γωνία ανοίγματος 45 μοιρών, που οδηγούσε πίσω στην ίδια τη μαύρη τρύπα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στη συνέχεια το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Τσάντρα της NASA για να επιβεβαιώσουν ότι το ψυχρό αέριο στην περιοχή διαμορφωνόταν από θερμό πλάσμα, ή ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο, που προερχόταν από το γαλαξιακό κέντρο: «Αν το ψυχρό αέριο βρισκόταν μπροστά ή πίσω από το θερμό πλάσμα, δεν θα υπήρχε ισχυρή συσχέτιση», είπε ο Γκόρσκι. «Ενώ δεν ανιχνεύσαμε άμεσα τα σωματίδια που κινούνται στον άνεμο, μπορέσαμε να συμπεράνουμε την κατεύθυνση και την ενέργεια του ανέμου».
Υπάρχουν δύο κύριοι λόγοι για τους οποίους η ανακάλυψη της παρουσίας του ανέμου καθυστέρησε περισσότερο από μισό αιώνα, από τότε που ο Τοξότης Α* παρατηρήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970, σύμφωνα με τον Γκόρσκι. Ο πρώτος είναι ότι τα τεχνικά μέσα μόλις τώρα έγιναν αρκετά προηγμένα ώστε να βλέπουν μέσα από το αέριο και τη σκόνη που βρίσκονται ανάμεσα στη Γη και το κέντρο του γαλαξία μας. Ο άλλος είναι ότι ο Τοξότης Α* βρίσκεται σε μια ήσυχη περίοδο, καθιστώντας τον άνεμο ασθενέστερο και επομένως πολύ πιο δύσκολο να εντοπιστεί. Είναι σύνηθες για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να εναλλάσσονται μεταξύ ενεργών και ήσυχων περιόδων, ανάλογα με την προσφορά του περιβάλλοντος υλικού.
«Το αποτέλεσμά μας ουσιαστικά λέει ότι αυτή η μαύρη τρύπα έχει επίσης άνεμο, επομένως δεν είναι παράξενη, και η φυσική των μαύρων τρυπών γενικά λειτουργεί όπως περιμέναμε», δήλωσε η Μουρτσίκοβα. «Αλλά ο άνεμος ήταν δύσκολο να βρεθεί επειδή ήταν τόσο ασθενής. Ποτέ πριν δεν είχαμε δει έναν ασθενή άνεμο από μια μαύρη τρύπα».
Οι παρατηρήσεις από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε άλλους γαλαξίες αποκάλυψαν εξαιρετικά ισχυρούς πίδακες, αλλά αυτά τα γεγονότα είναι σπάνια, πρόσθεσε η Μουρτσίκοβα. Τις περισσότερες φορές, οι μαύρες τρύπες βρίσκονται σε ήσυχη κατάσταση και απλώς φυσούν μια μικρή αύρα, η οποία είναι δυσκολότερο να εντοπιστεί επειδή «δεν βγαίνουν πυροτεχνήματα».
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να επεκτείνουν τον χάρτη του ψυχρού αερίου σε μια μεγαλύτερη περιοχή για να διαγνώσουν τον πλήρη αντίκτυπο του ανέμου. Η ομάδα θέλει επίσης να φτιάξει μια «ταινία» του αερίου που πλησιάζει τη μαύρη τρύπα για να παρατηρήσει πώς κινούνται τα νέφη και να μπορέσει να εκτιμήσει πόσο αέριο καταναλώνει η μαύρη τρύπα.
Το τηλεσκόπιο του ESO στη Λα Σίγια της Χιλής, κατά τη διάρκεια παρατηρήσεων του Γαλαξία μας. EPA/ESO / SERGE BRUNIER
Μια συναρπαστική ανακάλυψη
Απομένουν πολλά για τους ερευνητές να ανακαλύψουν σχετικά με το πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εκτοξεύουν ανέμους, αν και οι επιστήμονες πιστεύουν ότι πιθανότατα οφείλεται στο πώς τα μαγνητικά πεδία περιστρέφονται γύρω από τη μαύρη τρύπα καθώς το αέριο κινείται στην τροχιά του, σύμφωνα με τον Νταν Γουίλκινς, βοηθό καθηγητή έρευνας στο τμήμα αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Οχάιο. Ο Γουίλκινς δεν συμμετείχε στη μελέτη.
«Το να βλέπουμε στοιχεία για ανέμους που προκαλούνται από μαύρες τρύπες στον δικό μας γαλαξία δεν μας δίνει μόνο μια νέα οδό για την κατανόηση του πώς δημιουργούνται αυτοί οι άνεμοι, αλλά δείχνει ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εξακολουθούν να μπορούν να εκτοξεύουν έναν άνεμο στους γαλαξίες-ξενιστές τους ακόμη και όταν δεν βρίσκονται σε ενεργές φάσεις ταχείας ανάπτυξης», έγραψε σε ένα email.
Οι πίδακες και οι άνεμοι από μαύρες τρύπες είναι βασική φυσική και οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει πολλές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να τους εκτοξεύουν στο διάστημα. Είναι «συναρπαστικό» που επιτέλους πιάσαμε την κεντρική μαύρη τρύπα του δικού μας γαλαξία «επ' αυτοφώρω», δήλωσε η Πριιαμβάντα Ναταρατζάν, καθηγήτρια Αστρονομίας και Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Γέιλ, σε ένα email. Η Ναταρατζάν επίσης δεν συμμετείχε στη μελέτη.
«Ο Τοξότης Α* υπήρξε εδώ και καιρό η μεγάλη απογοήτευση της αστροφυσικής του γαλαξιακού κέντρου: αρκετά κοντά ώστε να μελετηθεί με εξαιρετική λεπτομέρεια, αλλά πεισματικά ήσυχος, προφανώς χωρίς άνεμο», είπε. «Αυτή η εργασία καταρρίπτει αυτή την εικόνα. Αυτό είναι το αποτέλεσμα της υπομονετικής, βαθιάς παρατηρησιακής αστρονομίας, όταν αυτή αποδίδει καρπούς».
Υπάρχουν ακόμα πολλά αναπάντητα ερωτήματα, πρόσθεσε η Ναταρατζάν, αλλά αυτό είναι αναμενόμενο για μια εργασία που ανακοινώνει μια ανακάλυψη. «Οι συγγραφείς έδωσαν στην κοινότητα ένα νέο παρατηρήσιμο μέγεθος και η συνέχεια θα είναι πλούσια», είπε.
Πηγή: CNN
