Δίδυμο γιγάντιων μελανών οπών στο κέντρο μακρινού γαλαξία

5,5K

Μια ομάδα αστρονόμων, απ’ το Πανεπιστήμιο Caltech της Καλιφόρνια, ανακάλυψε δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες περιφέρονται η μια γύρω από την άλλη κάθε 2 χρόνια περίπου. Συγκεκριμένα, τα δύο γιγάντια σώματα συνυπάρχουν μέσα σε έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα που βρίσκεται 9 δισεκατομμύρια έτη φωτός₁ μακριά από εμάς. Μάλιστα, το ζεύγος αναμένεται να συγχωνευθεί κάποια στιγμή μέσα στα επόμενα 10.000 χρόνια. Όταν τελικά συμβεί αυτό, η σύγκρουση πρόκειται να διαταράξει τον ίδιο το χωροχρόνο, στέλνοντας βαρυτικά κύματα τα οποία θα διαδοθούν στα πέρατα του σύμπαντος. Η μελέτη υλοποιήθηκε μέσω της συνεργασίας 11 Πανεπιστημίων και Ερευνητικών Κέντρων, μεταξύ των οποίων το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ-ΙΑ).

Περιληπτικά, οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες είναι πολύ λαμπροί πυρήνες γαλαξιών, εντός των οποίων βρίσκεται μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα. Γύρω από τη μαύρη τρύπα δημιουργείται ένας πίδακας εκροής υλικού που μπορεί να επιταχύνει φορτισμένα σωματίδια με ταχύτητες που προσεγγίζουν αυτή του φωτός. Ανάλογα με τη γωνία υπό την οποία βλέπουμε αυτόν τον πίδακα, τα αντικείμενα αυτά παίρνουν διαφορετικές ονομασίες. Για παράδειγμα, εάν βλέπουμε τον πίδακα υπό μια συγκεκριμένη πλάγια γωνία, τότε συνήθως χρησιμοποιούμε τον όρο “κβάζαρ”. Το αντικείμενο που μελετήθηκε στην παρούσα έρευνα ονομάζεται PKS 2131-021 και ανήκει σε μια υποκατηγορία των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων που ονομάζονται μπλέιζαρ (blazar). Αυτή η ονομασία υποδηλώνει ότι ο πίδακας ακτινοβολίας είναι στραμμένος ακριβώς προς τη Γη.

Η επιτυχία της συγκεκριμένης ανακάλυψης οφείλεται σε παρατηρήσεις περίπου 45 ετών που έγιναν στα ραδιοκύματα και προέρχονται από τις ισχυρές εκπομπές του PKS 2131-021. Σύμφωνα με τη μελέτη, ο πίδακας που δημιουργήθηκε δεν προέρχεται και από τις δύο μαύρες τρύπες, αλλά μόνο από τη μία, και φαίνεται να μετατοπίζεται μπρος-πίσω σαν να εκτελεί μια ταλάντωση. Πράγματι, αυτή η συμπεριφορά προκαλεί περιοδικές μεταβολές στη λαμπρότητα του πίδακα και κατ’ επέκταση ολόκληρου του μπλέιζαρ. Για να εξηγηθεί αυτό το φαινόμενο, υπάρχει μια πληθώρα από διαφορετικές ερμηνείες, η επικρατέστερη των οποίων είναι αυτή που παρουσιάζεται μέχρι στιγμής, δηλαδή ότι στο κέντρο του μπλέιζαρ PKS 2131-021 δύο τεράστιες μελανές οπές περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη.

Σε γενικές γραμμές, οι αστρονόμοι γνώριζαν ήδη ότι σε κάποιους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες θα μπορούσαν να συνυπάρχουν δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, όπου η μια θα περιφέρεται γύρω από την άλλη. Όμως, η εύρεση ικανών αποδεικτικών στοιχειών που να το επιβεβαιώνει αυτό είχε φανεί δύσκολη ως τώρα. Σύμφωνα με τους ερευνητές, υπάρχει ακόμη ένα υποψήφιο δίδυμο υπερμεγεθών μαύρων τρυπών μέσα έναν άλλον ενεργό γαλαξιακό πυρήνα, τον OJ 287, οι οποίες -εάν υπάρχουν- χρειάζονται περίπου 9 έτη ώστε να ολοκληρώσουν μια πλήρη περιφορά μεταξύ τους. Οι μαύρες τρύπες εντός του μπλέιζαρ PKS 2131-021 απέχουν μεταξύ τους 2.000 αστρονομικές μονάδες₂, δηλαδή περίπου 50 φορές την απόσταση μεταξύ του Πλούτωνα και του Ήλιου μας.

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν δεν θα ήταν δυνατές χωρίς τα υψηλής ποιότητας δεδομένα τα οποία βοήθησαν στη συγκεκριμένη ανακάλυψη. Συνολικά, πέντε διαφορετικά αστεροσκοπεία κατέγραψαν την ταλαντωτική συμπεριφορά του πίδακα μέσω της μεταβολής της λαμπρότητάς του. Καθοριστική ήταν η συνεισφορά του ραδιοτηλεσκοπίου των 40 μέτρων που βρίσκεται στην κοιλάδα Owens Valley της Καλιφόρνια. Το συγκεκριμένο ραδιοτηλεσκόπιο παρείχε εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις από το 2008 και μετά, στα πλαίσια της μελέτης του τρόπου με τον οποίο οι μαύρες τρύπες δημιουργούν τους πίδακές τους.

«Η εκπομπή της ακτινοβολίας στα ραδιοκύματα από το PKS 2131-021 μεταβάλλεται όχι μόνο περιοδικά, αλλά και ημιτονοειδώς. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα μοτίβο που μπορούμε να παρακολουθούμε συνεχώς με την πάροδο του χρόνου» αναφέρει ο συντονιστής του προγράμματος, Dr Tony Readhead, ομότιμος καθηγητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια (Caltech) των ΗΠΑ και επίτιμο μέλος του Ινστιτούτου Αστροφυσικής στο ΙΤΕ. Ο Dr Readhead παρομοιάζει το σύστημα του πίδακα που κινείται εμπρός και πίσω με τους δείκτες ενός ρολογιού, όπου κάθε πλήρης κύκλος τους αντιστοιχεί στη διετή τροχιά των μαύρων οπών.

Τέλος, καθώς οι μαύρες τρύπες κινούνται σπειροειδώς η μια ως προς την άλλη, διαταράσσουν όλο και πιο πολύ τον χωροχρόνο εκπέμποντας βαρυτικά κύματα, τα οποία προβλέφθηκαν για πρώτη φορά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν πριν από περισσότερα από 100 χρόνια. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, η μάζα της κεντρικής μαύρης τρύπας που εμφανίζει τον πίδακα είναι περίπου 18 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου μας, ενώ η μάζα της μικρότερης είναι περίπου 150 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν ανιχνευθεί βαρυτικά κύματα από περιστρεφόμενα αντικείμενα τόσο μεγάλης μάζας, συνεπώς, το μπλέιζαρ PKS 2131-021 αποτελεί τον πιο πολλά υποσχόμενο στόχο.

«Το να μπορείς όχι μόνο να ανακαλύψεις μια τόσο ασυνήθιστη πηγή, αλλά και να καταλάβεις τις φυσικές διεργασίες που την παράγουν, ήταν ένα από τα πιο συναρπαστικά αποτελέσματα που προέκυψαν», ανέφερε η Βάσω Παυλίδου, καθηγήτρια του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενη ερευνήτρια του ΙΤΕ-ΙΑ.

Η συγκεκριμένη μελέτη δημοσιεύθηκε επίσημα στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal Letters και χρηματοδοτήθηκε από πολλούς φορείς, μεταξύ των οποίων ήταν το Caltech, το Max Planck Institute for Radio Astronomy και η NASA.

Μπορείτε να δείτε το σχετικό βίντεο που δημοσιεύθηκε από το Caltech εδώ.

1. Αυτή είναι η απόσταση που έχει διανύσει το φως για να φτάσει στα μάτια μας. Η πραγματική απόσταση είναι μεγαλύτερη, λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

2. Η αστρονομική μονάδα είναι ίση με τη μέση απόστασης Γης-Ηλίου.