...Οι σπόροι από τους οποίους δημιουργούνται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ;
Το πρώιμο Σύμπαν ήταν ένα πολύ διαφορετικό μέρος από αυτό που είναι σήμερα. Αλλά μπορεί να ήταν και το τέλειο περιβάλλον για μια παράξενη τάξη γιγαντιαίων, διογκωμένων αστεριών τα οποία χρησιμοποιούσαν τη σκοτεινή ύλη ως καύσιμο.
Ο εκμηδενισμός της σκοτεινής ύλης μπορεί να έχει τροφοδοτήσει μερικά από τα πρώτα αστέρια του σύμπαντος, επιτρέποντάς τους να μετατραπούν σε γιγάντια, διογκωμένα νέφη τα οποία έχουν εκατομμύρια φορές τη μάζα και δισεκατομμύρια φορές τη φωτεινότητα του Ήλιου.
Εικόνα: Astronomy: Roen Kelly after NSF
Παίρνοντας ενέργεια από τη σκοτεινή ύλη, τα σκοτεινά άστρα είναι υποθετικά αντικείμενα τα οποία μπορεί να είχαν "κατοικήσει" στο πρώιμο Σύμπαν. Εάν πράγματι υπήρχαν, αυτά τα μυστηριώδη "θηρία" όχι μόνο θα ήταν τα πρώτα αστέρια που σχηματίστηκαν στο σύμπαν, αλλά θα μπορούσαν να εξηγήσουν το πως ξεκίνησαν να δημιουργούνται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Στα φυσιολογικά άστρα υπάρχει ισορροπία ανάμεσα στη βαρύτητα και τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις οι οποίες συντελούνται στο εσωτερικό τους. Η αντίδραση αυτή οι οποία ονομάζεται "Πυρηνική σύντηξη", μετατρέπει το αρχικό Υδρογόνο σε δευτέριο και τρίτιο (ισότοπα του Υδρογόνου), κατόπιν σε Ήλιο 3, σχηματίζοντας ολοένα και βαρύτερα στοιχεία (μέταλλα) μέχρι το τέλος της ζωής του αστέρα. ¨Εικόνα:Astronomy: Roen Kelly
Τροφοδοτούμενα από τη σκοτεινή ύλη
Τα φυσιολογικά αστέρια αυτοτροφοδοτούνται με τον ίδιο τρόπο: με την πυρηνική σύντηξη. Τα αστέρια είναι τόσο τεράστια που είναι συνεχώς στα πρόθυρα να καταρρεύσουν στον ίδιο τους τον εαυτό. Αλλά καθώς η βαρύτητα πιέζει ένα αστέρι, παράγει τόση θερμότητα στον πυρήνα του, που συγχωνεύει τα άτομα, απελευθερώνοντας ενέργεια. Αυτή η ενέργεια παρέχει ακριβώς αρκετή πίεση προς τα έξω για να αντισταθμίσει επακριβώς την κατάρρευση της βαρύτητας ενός αστέρα.
Αλλά για τα σκοτεινά άστρα, η ιστορία είναι λίγο διαφορετική.
Οι θεωρίες προτείνουν ότι τα σκοτεινά άστρα δημιουργούνται ως επί το πλείστον από το ίδιο υλικό όπως και τα κανονικά αστέρια - δηλαδή το Υδρογόνο και το Ήλιο. Αλλά επειδή αυτά τα υποθετικά σκοτεινά άστρα θα είχαν σχηματιστεί στο πρώιμο σύμπαν όταν ήταν πολύ πυκνότερο από το σημερινό, πιθανότατα θα περιείχαν μια μικρή αλλά σημαντική ποσότητα σκοτεινής ύλης με τη μορφή Ογκωδών Σωματιδίων Ασθενούς Αλληλεπίδρασης (Weakly Interacting Massive Particles ή WIMPs) - ένας κορυφαίος υποψήφιος σκοτεινής ύλης.
Τα WIMPs τα οποία θεωρείται ότι χρησιμεύουν ως ίδια σωματίδια αντιύλης, μπορούν να εκμηδενιστούν μεταξύ τους, παράγοντας καθαρή ενέργεια. Μέσα σε ένα σκοτεινό άστρο, αυτοί οι εξαιρετικά ισχυροί εκμηδενισμοί, ή αφανισμοί αν θέλετε των WIMP θα μπορούσαν να δημιουργήσουν αρκετή πίεση προς τα έξω έτσι ώστε να αποτρέψουν την κατάρρευση του αστεριού χωρίς την ανάγκη να λάβει χώρα σύντηξη του πυρήνα.
Σύμφωνα με την ερευνήτρια σκοτεινών άστρων Katherine Freese, προεδρεύουσα της έδρας φυσικής Kodosky στο Πανεπιστήμιο του Τέξας (UT-Austin), τα WIMPs αποτελούν μόνο το 0,1 τοις εκατό της συνολικής μάζας ενός σκοτεινού άστρου. Αλλά μόνο αυτή η μικρή ποσότητα καυσίμου από τα WIMP θα μπορούσε να διατηρήσει την αστρική του ζωή για εκατομμύρια ή ακόμα και δισεκατομμύρια χρόνια.
Εικόνα: Astronomy: Roen Kelly
Πως ήταν εμφανισιακά τα σκοτεινά άστρα ;
Τα σκοτεινά άστρα δεν συμπεριφέρονται μόνο διαφορετικά από τα κανονικά αστέρια. Δείχνουν επίσης διαφορετικά.
Επειδή τα σκοτεινά άστρα δεν βασίζονται στη σύντηξη του πυρήνα για να αποτρέψουν τη βαρυτική κατάρρευση, δεν είναι εξαιρετικά συμπιεσμένα όπως τα κανονικά αστέρια. Αντίθετα, τα σκοτεινά άστρα είναι πιθανόν γιγαντιαία, "φουσκωτά" νέφη τα οποία λάμπουν με εξαιρετική φωτεινότητα. Λόγω αυτής της 'φουσκωμένης" τους φύσης, η Freese μας λέει ότι τα σκοτεινά άστρα θα μπορούσαν να φθάσουν ακόμη και σε διαμέτρους μέχρι περίπου 10 Αστρονομικών Μονάδων (AΜ), όπου 1 AΜ είναι η μέση απόσταση Γης-Ήλιου, η οποία είναι περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα.
Τροφοδοτώντας υπερμεγέθεις μελανές οπές
Εάν οι ερευνητές είναι σε θέση να αποκαλύψουν στοιχεία για την ύπαρξη σκοτεινών αστέρων, θα άλλαζε τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε τα πρώιμα στάδια της δημιουργίας του Σύμπαντος. Τα σκοτεινά άστρα θα γίνουν γρήγορα οι κορυφαίοι υποψήφιοι για την πρώτη γενιά αστέρων, η οποία σχηματίστηκε περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Αλλά τα σκοτεινά άστρα θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν μια από τις πιο βασανιστικές ερωτήσεις στην κοσμολογία: Πως πρωτοσχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες;
"Εάν ανακαλυφθεί ένα πρώιμο σκοτεινό άστρο ενός εκατομμυρίου ηλιακών μαζών [από το ΔΤ James Webb], είναι αρκετά σαφές ότι ένα τέτοιο αντικείμενο θα καταλήξει σε μια μεγάλη μαύρη τρύπα", λέει η Freese. "Στη συνέχεια τα αντικείμενα αυτά θα μπορούσαν να συγχωνευθούν ώστε να δημιουργήσουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Ένα πολύ λογικό σενάριο!"
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα σκοτεινά αστέρια, ανατρέξτε στο τεύχος Οκτωβρίου του 2018 του περιοδικού Astronomy του : "Dark stars come into the light" (Τα σκοτεινά αστέρια έρχονται στο φως) ή το paper της Freese το οποίο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Reports on Progress in Physics με τίτλο "Dark stars: review" το 2016.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτό το άρθρο έχει ενημερωθεί για να συμπεριλάβει την τρέχουσα ακαδημαϊκή υπαγωγή της Katherine Freese, η οποία βρίσκεται τώρα στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν.
Πως ήταν εμφανισιακά τα σκοτεινά άστρα ;
Τα σκοτεινά άστρα δεν συμπεριφέρονται μόνο διαφορετικά από τα κανονικά αστέρια. Δείχνουν επίσης διαφορετικά.
Επειδή τα σκοτεινά άστρα δεν βασίζονται στη σύντηξη του πυρήνα για να αποτρέψουν τη βαρυτική κατάρρευση, δεν είναι εξαιρετικά συμπιεσμένα όπως τα κανονικά αστέρια. Αντίθετα, τα σκοτεινά άστρα είναι πιθανόν γιγαντιαία, "φουσκωτά" νέφη τα οποία λάμπουν με εξαιρετική φωτεινότητα. Λόγω αυτής της 'φουσκωμένης" τους φύσης, η Freese μας λέει ότι τα σκοτεινά άστρα θα μπορούσαν να φθάσουν ακόμη και σε διαμέτρους μέχρι περίπου 10 Αστρονομικών Μονάδων (AΜ), όπου 1 AΜ είναι η μέση απόσταση Γης-Ήλιου, η οποία είναι περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα.
Εικόνα: Astronomy: Roen Kelly
Αναζητώντας σκοτεινά άστρα
Όμως, ένα από τα εμπόδια για την απόδειξη της ύπαρξης σκοτεινών αστέρων, είναι ότι αυτά τα παραδόξως φωτεινά αντικείμενα εξαρτώνται από τους εκμηδενισμούς της σκοτεινής ύλης (dark-matter annihilations) για να επιβιώσουν. Ωστόσο, τέτοιοι εκμηδενισμοί συνέβησαν κυρίως στο πολύ πρώιμο σύμπαν, όταν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης βρίσκονταν σε πολύ μεγάλη συνεκτική κατάσταση. Έτσι, για να εντοπίσουμε πανάρχαια σκοτεινά άστρα, χρειαζόμαστε τηλεσκόπια ικανά να βλέπουν πίσω, στο εξαιρετικά μακρινό παρελθόν.
Ευτυχώς, σύμφωνα με την Freese, το επερχόμενο Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb θα πρέπει να είναι σε θέση να εντοπίσει σκοτεινά άστρα - εφόσον γνωρίζουμε τι να αναζητήσουμε.
"Θα φαινόταν τελείως διαφορετικά από τα καυτά άστρα", δήλωσε η Freese στον ιστότοπο Astronomy. "Τα σκοτεινά άστρα είναι πιο ψυχρά [17,500 °F (9,700 °C)]. Έτσι,μοιάζουν περισσότερο με τον Ήλιο μας από την άποψη της συχνότητας του φωτός, αν και είναι πολύ φωτεινότερα. Ο συνδυασμός αυτός ψυχρού και φωτεινού είναι δύσκολο να ερμηνευθεί με άλλα αντικείμενα. "
"Είναι μια συναρπαστική προοπτική ότι ένας εντελώς νέος τύπος αστέρα μπορεί να ανακαλυφθεί σε αυτά τα επερχόμενα δεδομένα", γράφει η Freese και οι συνεργάτες της σε ένα paper επανεξέτασης.
Εάν οι ερευνητές είναι σε θέση να αποκαλύψουν στοιχεία για την ύπαρξη σκοτεινών αστέρων, θα άλλαζε τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε τα πρώιμα στάδια της δημιουργίας του Σύμπαντος. Τα σκοτεινά άστρα θα γίνουν γρήγορα οι κορυφαίοι υποψήφιοι για την πρώτη γενιά αστέρων, η οποία σχηματίστηκε περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Αλλά τα σκοτεινά άστρα θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν μια από τις πιο βασανιστικές ερωτήσεις στην κοσμολογία: Πως πρωτοσχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες;
"Εάν ανακαλυφθεί ένα πρώιμο σκοτεινό άστρο ενός εκατομμυρίου ηλιακών μαζών [από το ΔΤ James Webb], είναι αρκετά σαφές ότι ένα τέτοιο αντικείμενο θα καταλήξει σε μια μεγάλη μαύρη τρύπα", λέει η Freese. "Στη συνέχεια τα αντικείμενα αυτά θα μπορούσαν να συγχωνευθούν ώστε να δημιουργήσουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Ένα πολύ λογικό σενάριο!"
……………….*………………..
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα σκοτεινά αστέρια, ανατρέξτε στο τεύχος Οκτωβρίου του 2018 του περιοδικού Astronomy του : "Dark stars come into the light" (Τα σκοτεινά αστέρια έρχονται στο φως) ή το paper της Freese το οποίο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Reports on Progress in Physics με τίτλο "Dark stars: review" το 2016.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτό το άρθρο έχει ενημερωθεί για να συμπεριλάβει την τρέχουσα ακαδημαϊκή υπαγωγή της Katherine Freese, η οποία βρίσκεται τώρα στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν.
Από τον Jake Parks
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο
Facebook:
Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη
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.