Δευτέρα 15 Ιουλίου 2019

Κοσμικά αινίγματα

Αστρονόμοι ανακάλυψαν έναν δίσκο μαύρης τρύπας που δεν θα έπρεπε να...υπάρχει



Βλέπουμε μια εικόνα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble του σπειροειδή γαλαξία NGC 3147 ο οποίος εμφανίζεται δίπλα από μια καλλιτεχνική απεικόνιση της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας η οποία βρίσκεται στον πυρήνα του γαλαξία αυτού. Η εικόνα του ΔΤ Hubble δείχνει τους σπειροειδείς  βραχίονες του γαλαξία, γεμάτους από νεαρά μπλε αστέρια, ροζ νεφελώματα, και κοσμική σκόνη σε μια κοσμική χορογραφία. Ωστόσο, στον λαμπρό πυρήνα του NGC 3147 κρύβεται μια τερατώδης μαύρη τρύπα, η οποία έχει περίπου 250 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας. Οι παρατηρήσεις του ΔΤ Hubble από τη μαύρη τρύπα αναδεικνύουν δύο από τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν
Η μαύρη τρύπα είναι βυθισμένη βαθιά, μέσα στο βαρυτικό της πεδίο, όπως φαίνεται από το πράσινο πλέγμα το οποίο απεικονίζει τον στρεβλωμένο χώρο. Το πεδίο βαρύτητας είναι τόσο ισχυρό που το φως αγωνίζεται να αναδυθεί, μια αρχή η οποία περιγράφεται στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η ύλη "μαστιγώνεται" τόσο γρήγορα γύρω από τη μαύρη τρύπα, που η φωτεινότητά της μιας πλευράς του δίσκου η οποία παρατηρησιακά είναι πλησιέστερα στη Γη, γίνεται πιο αμυδρή καθώς απομακρύνεται. Το φαινόμενο αυτό, το οποίο ονομάζεται Σχετικιστική Ακτινοβολία (relativistic beaming), προβλεπόταν από τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ο γαλαξίας NGC 3147 βρίσκεται 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον βόρειο περιπόλιο (πέριξ του πόλου) αστερισμό του Δράκοντα. Εικόνα: Hubble Image: NASA, ESA, S. Bianchi (Università degli Studi Roma Tre University), A. Laor (Technion-Israel Institute of Technology), and M. Chiaberge (ESA, STScI, and JHU); illustration: NASA, ESA, and A. Feild and L. Hustak (STScI)

Σαν να μην ήταν αρκετό που οι μαύρες τρύπες ήταν αρκετά μυστηριώδεις, οι αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA ανακάλυψαν έναν απροσδόκητο λεπτό δίσκο ύλης ο οποίος περιστρέφεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του μαγευτικού σπειροειδούς γαλαξία NGC 3147, ο οποίος βρίσκεται 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Το αίνιγμα είναι ότι ο δίσκος αυτός δεν πρέπει να είναι εκεί, με βάση τις τρέχουσες αστρονομικές θεωρίες. Ωστόσο, η απροσδόκητη παρουσία ενός δίσκου τόσο κοντά σε μια μαύρη τρύπα προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία να δοκιμαστούν οι θεωρίες του Albert Einstein σχετικά με τη σχετικότητα. Η γενική σχετικότητα περιγράφει τη βαρύτητα καθώς η καμπυλότητα του χώρου και η ειδική σχετικότητα περιγράφουν τη σχέση μεταξύ χρόνου και χώρου.

"Δεν έχουμε δει ποτέ τα αποτελέσματα τόσο της γενικής όσο και της ειδικής σχετικότητας στο ορατό φως με τέτοια σαφήνεια", δήλωσε ο Marco Chiaberge του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute) και του Πανεπιστήμιου Johns Hopkins, και τα δύο στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, μέλος της ομάδας η οποία πραγματοποίησε τη σχετική μελέτη από τα δεδομένα του ΔΤ Hubble.

"Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα άποψη ενός δίσκου ο οποίος βρίσκεται πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα, τόσο κοντά που οι ταχύτητες και η ένταση της βαρυτικής έλξης επηρεάζει το πως φαίνονται τα φωτόνια", πρόσθεσε ο αρχικός συγγραφέας της μελέτης, Stefano Bianchi του πανεπιστημίου Università degli Studi Roma Tre, στη Ρώμη της Ιταλίας. "Δεν μπορούμε να κατανοήσουμε τα δεδομένα αν δεν συμπεριλάβουμε τις θεωρίες της σχετικότητας."


Οι μαύρες τρύπες σε ορισμένους τύπους γαλαξιών, όπως ο NGC 3147, "υποσιτίζονται" επειδή δεν υπάρχει αρκετή ύλη που να συλλαμβάνεται από τη βαρύτητα έτσι ώστε να "σιτίζονται" τακτικά. Έτσι, η λεπτή ομίχλη της παγιδευμένης ύλης που παρασύρεται από τη βαρυτική ισχύ της μαύρης τρύπας, φουσκώνει σαν ένα ντόνατ, αντί να ισοπεδώνεται σε ένα δίσκο σχήματος κέικ. Ως εκ τούτου, είναι πολύ αινιγματικό γιατί υπάρχει ένας λεπτός δίσκος ο οποίος περικλείει μια "πεινασμένη" μαύρη τρύπα στο NGC 3147 η οποία μιμείται πολύ ισχυρότερους δίσκους που βρίσκονται σε εξαιρετικά ενεργούς γαλαξίες με διογκωμένες, τερατώδεις μαύρες τρύπες.

"Θεωρήσαμε ότι η περίπτωση αυτή ήταν το καλύτερο υποψήφιο δείγμα για να επιβεβαιώσουμε ότι κάτω από ορισμένες φωτεινότητες, ο δίσκος προσαύξησης δεν υφίσταται", εξηγεί ο Ari Laor του Ινστιτούτου Technion-Israel Institute of Technology που βρίσκεται στη Χάιφα του Ισραήλ. "Αυτό που είδαμε ήταν κάτι εντελώς απροσδόκητο. Βρήκαμε αέριο σε κίνηση το οποίο παρήγαγε χαρακτηριστικά τα οποία μπορούμε να εξηγήσουμε μόνο αν δημιουργήθηκε από ύλη η οποία περιστρέφεται σε ένα λεπτό δίσκο πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα".

Οι αστρονόμοι επέλεξαν αρχικά τον γαλαξία αυτό για να επικυρώσουν αποδεκτά μοντέλα για ενεργούς γαλαξίες χαμηλότερης φωτεινότητας - εκείνους με μαύρες τρύπες που βρίσκονται σε μια πενιχρή "διατροφή" από ύλη. Τα μοντέλα προβλέπουν ότι σχηματίζεται ένας δίσκος προσαύξησης όταν μεγάλες ποσότητες αερίου παγιδεύονται από την ισχυρή βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας. Αυτή η παγιδευμένη ύλη εκπέμπει πολύ φως, δημιουργώντας ένα λαμπρό "φάρο" ο οποίος ονομάζεται Κβάζαρ, στην περίπτωση των πιο καλά τροφοδοτούμενων μελανών οπών. Μόλις ο δίσκος αυτός έλξει λιγότερη ύλη, αρχίζει να καταρρέει, γίνεται πιο αμυδρός, και αλλάζει δομή.

"Ο τύπος του δίσκου που βλέπουμε είναι ένα κλιμακούμενο Κβάζαρ το οποίο δεν περίμενε κανείς να υπάρχει", δήλωσε ο Bianchi. "Είναι ο ίδιος τύπος δίσκου τον οποίο βλέπουμε σε αντικείμενα τα οποία είναι 1.000 ή ακόμα και 100.000 φορές πιο φωτεινά. Οι προβλέψεις των σημερινών μοντέλων για τη δυναμική του αερίου σε πολύ αδύναμους ενεργούς γαλαξίες προφανώς απέτυχαν".

Ο δίσκος βρίσκεται τόσο βαθιά μέσα στο έντονο βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας,  που το φως από το δίσκο αερίου τροποποιείται, σύμφωνα με τις θεωρίες σχετικότητας του Αϊνστάιν, δίνοντας στους αστρονόμους μια μοναδική άποψη στις δυναμικές διεργασίες οι οποίες λαμβάνουν χώρα κοντά σε μια μαύρη τρύπα.

Το ΔΤ Hubble χρονομέτρησε την ύλη η οποία  περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα καθώς κινείται με περισσότερο από το 10% της ταχύτητας του φωτός. Σε αυτές τις ακραίες ταχύτητες, το αέριο φαίνεται φωτεινότερο καθώς ταξιδεύει προς τη Γη από τη μία πλευρά, και από την άλλη πλευρά γίνεται αμυδρότερο καθώς απομακρύνεται - φαινομενικά πάντα-, από τον πλανήτη μας (ένα φαινόμενο το οποίο ονομάζεται σχετικιστική ακτινοβολία αγγλ.relativistic beaming). Οι παρατηρήσεις του ΔΤ Hubble δείχνουν επίσης ότι το αέριο είναι τόσο παγιωμένο στο βαρυτικό "πηγάδι", που το φως αγωνίζεται να ξεφύγει, και ως εκ τούτου εμφανίζεται "τεντωμένο" στα ερυθρά μήκη κύματος. Η μάζα της μαύρης τρύπας είναι περίπου όσο 250 εκατομμύρια Ήλιοι.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το φασματογράφο απεικόνισης του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble (Space Telescope Imaging Spectrograph ή STIS) για να παρατηρήσουν την ύλη η οποία στροβιλίζεται βαθιά μέσα στο δίσκο. Ο φασματογράφος είναι ένα διαγνωστικό εργαλείο το οποίο διαχωρίζει το φως από ένα αντικείμενο στα πολλά του μεμονωμένα μήκη κύματος, για να καθορίσει την ταχύτητα, τη θερμοκρασία και άλλα χαρακτηριστικά του με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Οι αστρονόμοι χρειάζονταν την υψηλή ανάλυση του STIS για να απομονώσουν το αμυδρό φως από την περιοχή της μαύρης τρύπας αποκλείοντας έτσι το "μολυσμένο" αστρικό φως.

"Χωρίς το ΔΤ Hubble, δεν θα μπορούσαμε να το δούμε αυτό γιατί η περιοχή της μαύρης τρύπας έχει χαμηλή φωτεινότητα", δήλωσε ο Chiaberge. "Οι φωτεινότητες των αστεριών στον γαλαξία ξεπερνούν σε λάμψη οτιδήποτε υπάρχει στον πυρήνα του. Έτσι, σε μια επίγεια παρατήρηση, η όψη του γαλαξία (αν ήταν δυνατόν να τον παρατηρήσουμε ολόκληρο) κυριαρχείται από τη φωτεινότητα των αστεριών, τα οποία επικαλύπτουν την αδύναμη εκπομπή φωτός από τον πυρήνα".

Η ομάδα ελπίζει να χρησιμοποιήσει το ΔΤ Hubble για να αναζητήσει και άλλους πολύ πιο συμπαγείς δίσκους γύρω από μαύρες τρύπες χαμηλής ισχύος (low-wattage black holes) σε παρόμοιους ενεργούς γαλαξίες.

Η σχετική εργασία (paper) δημοσιεύτηκε ηλεκτρονικά στις Μηνιαίες Αναγγελίες της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (Notices of the Royal Astronomical Society).

Η διεθνής ομάδα αστρονόμων στη μελέτη αυτή αποτελείται από: τον Stefano Bianchi (Πανεπιστήμιο degli Studi Roma Tre, Ρώμη, Ιταλία). Robert Antonucci (Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα, Καλιφόρνια). Alessandro Capetti (INAF-Αστεροσκοπείο Osservatorio Astrofisico di Torinoο, στο Pino Torinese, Ιταλία). Marco Chiaberge (Ινστιτούτο Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου και Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, στη Βαλτιμόρη, του Μέριλαντ). Ari Laor (Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Ισραήλ, στη Χάιφα, του Ισραήλ). Loredana Bassani (INAF / IASF Bologna, Ιταλία). Francisco Carrera (CSIC-Πανεπιστήμιο της Cantabria, Santander, Ισπανία). Fabio La Franca, Andrea Marinucci, Giorgio Matt και Riccardo Middei (Πανεπιστήμιο degli Studi Roma Tre, Ρώμη, Ιταλία), και Francesca Panessa (INAF Ινστιτούτο di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Ρώμη, Ιταλία).

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι ένα έργο διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος  (European Space Agency ή ESA). Το Κέντρο Διαστημικών πτήσεων Γκόνταρντ (Goddard Space Flight Center) της NASA στο Γκρήνμπέλτ του Μέριλαντ, διαχειρίζεται το διαστημικό τηλεσκόπιο. Το Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute ή STScI) στη Βαλτιμόρη, του Μέριλαντ, διεξάγει τις επιστημονικές επιχειρήσεις του ΔΤ Hubble. Το STScI λειτουργεί για τη NASA από την Ένωση Πανεπιστημίων για την Έρευνα στην Αστρονομία (Association of Universities for Research in Astronomy) στην Ουάσιγκτον, D.C.

Από την CLAIRE ANDREOLI, NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER


……………….*………………..

Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:



Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε ή κόκκινα γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή Paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy