Υπάρχουν δύο τρόποι για να δημιουργήσετε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Αλλά κανένα από αυτά δεν έχει νόημα.
Περίπου 10 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, ένας θολός γαλαξίας που ονομάζεται Mirach’s Ghost μπορεί να βοηθήσει στην αποκάλυψη ενός σκοτεινού μυστηρίου: από όπου προήλθαν οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες στο σύμπαν. Αλλά αυτός ο φανταστικός γαλαξίας έχει εμβαθύνει επίσης το μυστήριο γύρω από τις γεννήσεις αυτών των αντικειμένων.
Μια μαύρη τρύπα είναι μια μοναδικότητα, μια περιοχή στο χωροχρόνο όπου η ύλη έχει γίνει πολύ πυκνή για να διατηρηθεί, και κατέρρευσε σε ένα άμορφο σημείο. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) είναι κοσμικά τέρατα, που ζυγίζουν συχνά δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας, σε σύγκριση με τη μάζα βαριών αστεριών που σχηματίζουν συνηθισμένες μαύρες τρύπες. Κάθονται στα κέντρα μεγάλων γαλαξιών, απορροφώντας αέριο και κτυπώντας αστέρια γύρω με τις τεράστιες βαρύτητές τους. Υπάρχει ένας στο κέντρο του Γαλαξία και ένας ακόμη μεγαλύτερος στο κέντρο του γαλαξία της Παρθένου Α που έχουν φωτογραφίσει οι αστρονόμοι. Αλλά δεν είναι ακόμα σαφές πώς σχηματίστηκαν αυτά τα μαμούθ αντικείμενα
Οι φυσικοί πιστεύουν ότι υπάρχουν δύο δυνατότητες: Ίσως οι SMBHs είναι αρχαία χαρακτηριστικά του σύμπαντος, αντικείμενα που κατέρρευσαν άμεσα από τη ροή της καυτής μάζας στο διάστημα μετά το Big Bang. Ή ίσως σχηματίστηκαν όπως κάθε άλλη μαύρη τρύπα στο σύμπαν: ως αποτέλεσμα των εκρήξεων των αστεριών που πεθαίνουν. Εάν η τελευταία εξήγηση ήταν σωστή, οι SMBHs θα είχαν αρχίσει μικρές και θα έπαιρναν επιπλέον μάζα κατά τη διάρκεια των αιώνων, κατακλύζοντας τη σκόνη και άλλα αστέρια.
(Εικόνα: © Cardiff University)
“Το πρόβλημα είναι ότι σε κάθε περίπτωση οι περισσότερες μαύρες τρύπες έχουν αναπτυχθεί σημαντικά από τη γέννησή τους, καταπίνοντας σύννεφα αερίου και σκόνης που στροβιλίζονται γύρω τους”, δήλωσε ο Timothy Davis, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ στην Ουαλία. “Αυτό τους καθιστά βαρύτερους και καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό της μάζας με την οποία ξεκίνησαν τη ζωή τους.”
Έτσι ο Ντέιβις και οι συνάδελφοί του έψαχναν τα μικρότερα SMBH που μπορούσαν να βρουν.
Αυτά τα μικρά υπερμεγέθη, είπε στο Live Science, “δεν είχαν την ευκαιρία να καταναλώσουν μεγάλες ποσότητες υλικού στο παρελθόν τους, [έτσι ώστε να τα μελετήσουμε] πλησιάζουμε να αποκαλύψουμε πώς πρέπει να φαίνονταν οι SMBH όταν σχηματίστηκαν.”
Οι ερευνητές μελέτησαν το SMBH στο κέντρο του γαλαξία “Mirach’s Ghost” (ονομάστηκε έτσι επειδή από τη Γη ο γαλαξίας μοιάζει με εμφάνιση κοντά στο αστέρι Mirach), χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική για τον προσδιορισμό της μάζας του.
Βασιζόμενοι σε δεδομένα από το Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) στη Χιλή, οι ερευνητές μέτρησαν την ταχύτητα του αερίου μονοξειδίου του άνθρακα καθώς περιστράφηκε προς το SMBH στο κέντρο του γαλαξία Ghost του Mirach.
“Ακριβώς όπως το νερό που περνά γύρω από μια τρύπα, αυτό το αέριο πηγαίνει όλο και πιο γρήγορα καθώς πλησιάζει τη μαύρη τρύπα”, είπε ο Ντέιβις.
Αυτή η περιστροφή είναι προϊόν της μάζας της μαύρης τρύπας, οπότε η ταχύτητα της περιστροφής – μετρούμενη με ακρίβεια – μπορεί να πει στους ερευνητές πόσο ζυγίζει η μαύρη τρύπα. Οι εικόνες της ALMA, με ανάλυση 1,5 ετών φωτός (πολύ λεπτομερείς για ένα τόσο μακρινό αντικείμενο), κατέστησαν δυνατή. Αυτό το SMBH, βρήκαν, έχει μάζα μικρότερη από 1 εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από αυτή του ήλιου μας – ένα μωρό με τα πρότυπα SMBH. Με βάση τις εκτιμήσεις του πόσο μεγάλωσε από τη γέννησή του, πιθανότατα ζύγιζε λιγότερο από 500.000 φορές τη μάζα του ήλιου μας όταν γεννήθηκε, είπε ο Ντέιβις.
Αυτό δεν αποδεικνύει καμία από τις ιστορίες προέλευσης σωστή, βρήκαν οι ερευνητές. Αλλά κάνει κάπως την ισορροπία έναντι του μοντέλου άμεσης κατάρρευσης, αποκλείοντας εντελώς τις πιο ακραίες εκδοχές της θεωρίας άμεσης κατάρρευσης. Ορισμένες θεωρίες άμεσης κατάρρευσης δεν επιτρέπουν τη δημιουργία μικρών SMBH.
Ωστόσο, η προέλευση των μαύρων τρυπών είναι ένα μυστήριο. Ένα πρόβλημα: Άλλες παρατηρήσεις έδειξαν ότι πολύ μεγάλα SMBH υπήρχαν στην τρέχουσα μορφή τους πολύ σύντομα μετά το Big Bang, το οποίο αψηφά τις υποθέσεις μας για το πόσο γρήγορα μπορούν να αναπτυχθούν οι μαύρες τρύπες.
«Γνωρίζουμε δύο βασικούς τρόπους για να φτιάξουμε SMBH, και κανένας από αυτούς δεν μπορεί να κάνει μαύρες τρύπες αυτού του μεγέθους απευθείας. Αντ ‘αυτού, πρέπει να έχουν γεννηθεί μικρότεροι και να μεγαλώσουν σε αυτά τα θαυμάσια μεγέθη. Αυτό είναι πραγματικά δύσκολο να γίνει, καθώς υπάρχει ένα όριο πόσο μπορεί να καταπιεί μια μαύρη τρύπα στον διαθέσιμο χρόνο από τότε που δημιουργήθηκε το σύμπαν, “είπε ο Ντέιβις. “Η δουλειά μας ενισχύει αυτό το πρόβλημα. Έχουμε δείξει ότι οποιοσδήποτε μηχανισμός κάνει SMBHs τους επιτρέπει να έχουν μάζα μικρότερη από 500.000 φορές τη μάζα του ήλιου μας όταν γεννιούνται.”
Παρόλο που αυτό αντιστοιχεί στη θεωρία της άμεσης κατάρρευσης, καμία θεωρία δεν προσφέρει καλές εξηγήσεις για το πού θα μπορούσε να προέλθει ένα τόσο μικρό SMBH. Η τελική απάντηση πιθανότατα θα περιλαμβάνει σημαντικές τροποποιήσεις σε ένα από τα μοντέλα που έχουν τώρα οι φυσικοί.
Τώρα λοιπόν οι φυσικοί ξέρουν λίγο περισσότερα για την εμφάνιση των νέων SMBH. Αλλά δεν είναι ακόμα σίγουροι από πού προέρχονται. Η εφημερίδα που περιγράφει τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Mirach’s Ghost δημοσιεύθηκε σήμερα (14 Ιουλίου) στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.