Το 1971, οι Άγγλοι αστρονόμοι Donald Lynden-Bell και Martin Rees υπέθεσαν ότι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα (SMBH) βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτό βασίστηκε στη δουλειά τους με ραδιο γαλαξίες, οι οποίοι έδειξαν ότι οι τεράστιες ποσότητες ενέργειας που εκπέμπονται από αυτά τα αντικείμενα οφείλονται στο αέριο και την ύλη που συσσωρεύτηκε σε μια μαύρη τρύπα στο κέντρο τους.
Μέχρι το 1974, τα πρώτα στοιχεία για αυτό το SMBH βρέθηκαν όταν οι αστρονόμοι εντόπισαν μια τεράστια πηγή ραδιοφώνου που προέρχεται από το κέντρο του γαλαξία μας. Αυτή η περιοχή, την οποία ονόμασαν Τοξότης Α *, έχει πάνω από 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον δικό μας Ήλιο. Από την ανακάλυψή του, οι αστρονόμοι έχουν βρει στοιχεία ότι υπάρχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα των περισσότερων σπειροειδών και ελλειπτικών γαλαξιών στο παρατηρήσιμο Σύμπαν.
Περιγραφή:
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBH) διαφέρουν από τις μαύρες τρύπες χαμηλότερης μάζας με διάφορους τρόπους. Για αρχάριους, καθώς το SMBH έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από τις μικρότερες μαύρες τρύπες, έχουν επίσης χαμηλότερη μέση πυκνότητα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με όλα τα σφαιρικά αντικείμενα, ο όγκος είναι άμεσα ανάλογος με τον κύβο της ακτίνας, ενώ η ελάχιστη πυκνότητα μιας μαύρης τρύπας είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της μάζας.
Επιπλέον, οι παλιρροιακές δυνάμεις κοντά στον ορίζοντα συμβάντων είναι σημαντικά ασθενέστερες για μαζικές μαύρες τρύπες. Όπως και με την πυκνότητα, η παλιρροιακή δύναμη σε ένα σώμα στον ορίζοντα γεγονότος είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της μάζας. Ως εκ τούτου, ένα αντικείμενο δεν θα βιώσει σημαντική παλιρροιακή δύναμη έως ότου ήταν πολύ βαθιά στη μαύρη τρύπα.
Σχηματισμός:
Ο τρόπος σχηματισμού των SMBH παραμένει το αντικείμενο πολλών επιστημονικών συζητήσεων. Οι αστροφυσικοί πιστεύουν σε μεγάλο βαθμό ότι είναι το αποτέλεσμα των συγχωνεύσεων των μαύρων τρυπών και της αύξησης της ύλης. Αλλά από πού προήλθαν οι «σπόροι» (δηλ. Οι πρόγονοι) αυτών των μαύρων οπών είναι εκεί που συμβαίνει διαφωνία. Επί του παρόντος, η πιο προφανής υπόθεση είναι ότι είναι τα απομεινάρια αρκετών τεράστιων αστεριών που εξερράγησαν, τα οποία σχηματίστηκαν από την αύξηση της ύλης στο γαλαξιακό κέντρο.
Μια άλλη θεωρία είναι ότι πριν σχηματιστούν τα πρώτα αστέρια στον γαλαξία μας, ένα μεγάλο σύννεφο αερίου κατέρρευσε σε ένα «αστέρι qausi» που έγινε ασταθές σε ακτινικές διαταραχές. Στη συνέχεια μετατράπηκε σε μια μαύρη τρύπα περίπου 20 ηλιακών μαζών χωρίς την ανάγκη για έκρηξη σουπερνόβα. Με την πάροδο του χρόνου, γρήγορα αυξήθηκε η μάζα για να γίνει μια ενδιάμεση, και στη συνέχεια υπερμεγέθη, μαύρη τρύπα.
Σε ένα ακόμη μοντέλο, μια πυκνή αστρική συστάδα παρουσίασε κατάρρευση πυρήνα ως αποτέλεσμα της διασποράς ταχύτητας στον πυρήνα του, η οποία συνέβη σε σχετικιστικές ταχύτητες λόγω αρνητικής θερμικής ικανότητας. Τέλος, υπάρχει η θεωρία ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες μπορεί να έχουν παραχθεί άμεσα από εξωτερική πίεση αμέσως μετά το Big Bang. Αυτές και άλλες θεωρίες παραμένουν θεωρητικές προς το παρόν.
Τοξότης Α *:
Πολλές αποδείξεις δείχνουν την ύπαρξη ενός SMBH στο κέντρο του γαλαξία μας. Αν και δεν έχουν γίνει άμεσες παρατηρήσεις για τον Τοξότη Α *, η παρουσία του έχει συναχθεί από την επιρροή που έχει στα γύρω αντικείμενα. Το πιο αξιοσημείωτο από αυτά είναι το S2, ένα αστέρι που ρέει ελλειπτική τροχιά γύρω από την πηγή ραδιοφώνου Sagittarius A *.
Το S2 έχει τροχιακή περίοδο 15,2 ετών και φτάνει σε ελάχιστη απόσταση 18 δισεκατομμυρίων km (11,18 δισεκατομμύρια mi, 120 AU) από το κέντρο του κεντρικού αντικειμένου. Μόνο ένα υπερμεγέθη αντικείμενο θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό, καθώς δεν μπορεί να εντοπιστεί άλλη αιτία. Και από τις τροχιακές παραμέτρους του S2, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να παράγουν εκτιμήσεις σχετικά με το μέγεθος και τη μάζα του αντικειμένου.
Για παράδειγμα, οι κινήσεις των S2 οδήγησαν τους αστρονόμους να υπολογίσουν ότι το αντικείμενο στο κέντρο της τροχιάς του πρέπει να έχει τουλάχιστον 4,1 εκατομμύρια ηλιακές μάζες (8,2 × 10³³ μετρικούς τόνους, 9,04 × 10³³ τόνους ΗΠΑ). Επιπλέον, η ακτίνα αυτού του αντικειμένου θα πρέπει να είναι μικρότερη από 120 AU, διαφορετικά το S2 θα συγκρούστηκε με αυτό.
Ωστόσο, τα καλύτερα στοιχεία μέχρι σήμερα δόθηκαν το 2008 από το Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics και το UCLAs Galactic Center Group. Χρησιμοποιώντας δεδομένα που ελήφθησαν για περίοδο 16 ετών από το Τηλεσκόπιο Very Large Telescope και Keck Telescope, κατάφεραν όχι μόνο να εκτιμήσουν με ακρίβεια την απόσταση από το κέντρο του γαλαξία μας (27.000 έτη φωτός από τη Γη), αλλά και να παρακολουθούν τις τροχιές των αστεριών εκεί με τεράστια ακρίβεια.
Όπως είπε ο Reinhard Genzel, ο επικεφαλής της ομάδας του Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics:
“Αναμφίβολα, η πιο θεαματική πτυχή της μακροπρόθεσμης μελέτης μας είναι ότι έχει παραδώσει αυτό που τώρα θεωρείται ως η καλύτερη εμπειρική απόδειξη ότι υπάρχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Οι αστρικές τροχιές στο Γαλαξιακό Κέντρο δείχνουν ότι η κεντρική συγκέντρωση τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών πρέπει να είναι μια μαύρη τρύπα, πέρα από κάθε λογική αμφιβολία. "
Μια άλλη ένδειξη για την παρουσία του Τοξότη Α * ήρθε στις 5 Ιανουαρίου 2015, όταν η NASA ανέφερε μια πρωτοποριακή φωτοβολίδα ακτίνων Χ που προέρχεται από το κέντρο του γαλαξία μας. Με βάση τις μετρήσεις του Chandra X-ray Observatory, ανέφεραν εκπομπές που ήταν 400 φορές πιο φωτεινές από το συνηθισμένο. Αυτά θεωρήθηκαν ως αποτέλεσμα ενός αστεροειδούς που πέφτει στη μαύρη τρύπα, ή από την εμπλοκή των γραμμών μαγνητικού πεδίου μέσα στο αέριο που ρέει σε αυτό.
Άλλοι γαλαξίες:
Οι αστρονόμοι έχουν επίσης βρει στοιχεία για SMBHs στο κέντρο άλλων γαλαξιών εντός της Τοπικής Ομάδας και όχι μόνο. Αυτά περιλαμβάνουν τον κοντινό γαλαξία Andromeda (M31) και τον ελλειπτικό γαλαξία M32 και τον μακρινό σπειροειδή γαλαξία NGC 4395. Αυτό βασίζεται στο γεγονός ότι τα αστέρια και τα σύννεφα αερίων κοντά στο κέντρο αυτών των γαλαξιών δείχνουν μια αξιοσημείωτη αύξηση της ταχύτητας.
Μια άλλη ένδειξη είναι οι Active Galactic Nuclei (AGN), όπου μαζικές εκρήξεις ραδιοκυμάτων, μικροκυμάτων, υπέρυθρων, οπτικών, υπεριώδους (UV), ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα ανιχνεύονται περιοδικά από περιοχές ψυχρής ύλης (αέριο και σκόνη) ) στο κέντρο των μεγαλύτερων γαλαξιών. Ενώ η ακτινοβολία δεν προέρχεται από τις ίδιες τις μαύρες τρύπες, η επιρροή ενός τέτοιου μαζικού αντικειμένου στην γύρω ύλη πιστεύεται ότι είναι η αιτία.
Με λίγα λόγια, οι αέριοι και η σκόνη σχηματίζουν δίσκους συσσώρευσης στο κέντρο των γαλαξιών που περιστρέφονται σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, τροφοδοτώντας τους σταδιακά. Η απίστευτη δύναμη της βαρύτητας σε αυτήν την περιοχή συμπιέζει το υλικό του δίσκου μέχρι να φτάσει σε εκατομμύρια βαθμούς kelvin, δημιουργώντας φωτεινή ακτινοβολία και ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Μια κορώνα ζεστού υλικού σχηματίζεται επίσης πάνω από το δίσκο συσσώρευσης και μπορεί να διασκορπίσει φωτόνια έως και ακτινογραφίες.
Η αλληλεπίδραση μεταξύ του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου SMBH και του δίσκου συσσώρευσης δημιουργεί επίσης ισχυρούς μαγνητικούς πίδακες που πυροδοτούν υλικό πάνω και κάτω από τη μαύρη τρύπα σε σχετικιστικές ταχύτητες (δηλαδή σε σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός). Αυτοί οι πίδακες μπορούν να επεκταθούν για εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός και αποτελούν μια δεύτερη πιθανή πηγή παρατηρούμενης ακτινοβολίας.
Όταν το Galaxy Andromeda συγχωνεύεται με το δικό μας σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια, η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο της θα συγχωνευθεί με τη δική μας, παράγοντας μια πολύ πιο μαζική και ισχυρή. Αυτή η αλληλεπίδραση είναι πιθανό να διώξει πολλά αστέρια από τον συνδυασμένο γαλαξία μας (παράγοντας αδίστακτα αστέρια) και είναι επίσης πιθανό να αναγκάσει τον γαλαξιακό μας πυρήνα (ο οποίος είναι επί του παρόντος ανενεργός) να ενεργοποιηθεί ξανά.
Η μελέτη των μαύρων τρυπών είναι ακόμη στα σπάργανα. Και αυτό που μάθαμε μόνο τις τελευταίες δεκαετίες ήταν συναρπαστικό και προκαλώντας δέος. Είτε είναι χαμηλότερης μάζας είτε υπερμεγέθους, οι μαύρες τρύπες αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του Σύμπαντός μας και διαδραματίζουν ενεργό ρόλο στην εξέλιξή του.
Ποιος ξέρει τι θα βρούμε καθώς κοιτάζουμε βαθύτερα στο Σύμπαν; Ίσως κάποια μέρα εμείς η τεχνολογία, και η απόλυτη θάρρος, θα υπάρξει έτσι ώστε να προσπαθήσουμε να κορυφώσουμε κάτω από το πέπλο ενός ορίζοντα γεγονότων. Μπορείτε να φανταστείτε ότι συμβαίνει αυτό;
Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με τις μαύρες τρύπες εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι πέρα από οποιαδήποτε λογική αμφιβολία: Μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα ζει στο κέντρο του γαλαξία μας, το X-Ray Flare Echo αποκαλύπτει τον υπερμεγέθη μαύρο τρύπα Torus, Πώς ζυγίζετε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα; Πάρτε τη θερμοκρασία του και τι συμβαίνει όταν συγκρούονται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες;
Η Astronomy Cast έδωσε επίσης κάποια σχετικά επεισόδια στο θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 18: Μαύρες και μικρές τρύπες και επεισόδιο 98: Κούσαρ.
Περισσότερα για εξερεύνηση: Τα επεισόδια Astronomy Cast Quasars και Black Holes Big and Small.
Πηγές:
- Βικιπαίδεια - Υπερβολική μαύρη τρύπα
- NASA - Υπερβολικές μαύρες τρύπες
- Πανεπιστήμιο Swinburne: Cosmos - Supermassive Black Hole
