Με την ονομασία "Μονόκερος", το περίεργο αυτό αντικείμενο συγκαταλέγεται επίσης στις μικρότερες μαύρες τρύπες που βρέθηκαν ποτέ και μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση ενός μόνιμου μυστηρίου στην αστροφυσική.
Μια μικρή μαύρη τρύπα σε τροχιά γύρω από ένα ερυθρό γίγαντα αστέρα περίπου 1.500 έτη φωτός από τη Γη, και η έλξη της μαύρης τρύπας στο αστέρι αυτό αποκάλυψε το αόρατο αυτό αντικείμενο στους αστρονόμους. Καλλιτεχνική απεικόνιση από τον LAUREN FANFER και το πανεπιστήμιο του OHIO
Από τον BYDAN FALK
Πόσο μικρή μπορεί να είναι μια μαύρη τρύπα; Για αρκετές δεκαετίες, οι αστρονόμοι εργάστηκαν για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, καταγράφοντας τις μαύρες τρύπες στη μικρή μας γωνία που βρίσκεται στην απεραντοσύνη του σύμπαντος.
Βρήκαν πολλά μεγάλα και μεσαία μεγέθη από αυτά τα κοσμικά αντικείμενα όλα αυτά τα χρόνια - συμπεριλαμβανομένου ενός υπερμεγέθους τέρατος στην καρδιά του Γαλαξία μας. Αλλά μέχρι πρόσφατα, δεν έχουν παρατηρήσει ίχνη από μικρές μελανές οπές, και αυτό είναι ένα μακροχρόνιο μυστήριο στην αστροφυσική.
Πρόσφατα, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια μαύρη τρύπα με μόλις τρεις φορές τη μάζα του ήλιου μας, καθιστώντας την μια από τις μικρότερες οι οποίες είναι γνωστές μέχρι σήμερα - και τυχαίνει να είναι και η πιο κοντινή μαύρη τρύπα, μόλις 1.500 έτη φωτός από τη Γη.
Η ανακάλυψη "υπονοεί ότι υπάρχουν πολλές ακόμη [μικρές μαύρες τρύπες] τις οποίες θα μπορούσαμε να ανακαλύψουμε αν αυξήσαμε τον όγκο του διαστήματος που ερευνούμε", δηλώνει ο Tharindu Jayasinghe, αστρονόμος στο κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο και επικεφαλής συγγραφέας ενός νέου paper το οποίο περιγράφει λεπτομερώς την ανακάλυψη αυτή στον επιστημονικό ιστότοπο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας). Το εύρημα αυτό "πρέπει να δώσει ώθηση για την εύρεση των συστημάτων αυτών".
Ο Jayasinghe και οι συνάδελφοί του ονόμασαν το αντικείμενο "Μονόκερο", εν μέρει επειδή είναι κάτι το μοναδικό, και εν μέρει επειδή βρέθηκε στον αστερισμό του Μονόκερου, ο οποίος ονομάστηκε από τους αρχαίους αστρονόμους από την ελληνική λέξη για τον Μονόκερο. Μελετώντας λοιπόν αυτόν τον Μονόκερο και άλλα αντικείμενα όπως αυτό, οι ερευνητές ελπίζουν να πάρουν μια σαφέστερη εικόνα του τι συμβαίνει στα αστέρια στις τελευταίες στιγμές της ζωής τους, καθώς και γιατί μερικά από αυτά καταρρέουν και γίνονται μαύρες τρύπες, ενώ άλλα αφήνουν πίσω τους πυκνούς αστρικούς φλοιούς που ονομάζονται αστέρες νετρονίων.
Αναζητώντας το αόρατο
Δεδομένου ότι κανένα φως δεν μπορεί να διαφύγει από μια μαύρη τρύπα, το αντικείμενο αυτό μπορεί να ανιχνευθεί μόνο με έμμεσα μέσα. Οι περισσότερες γνωστές μαύρες τρύπες έχουν βρεθεί αναζητώντας τις εκπομπές ακτίνων-Χ οι οποίες εκπέμπονται όταν το αόρατο αυτό αντικείμενο έλκει, τραβάει αν θέλετε ύλη από ένα συνοδό αστέρι το οποίο βρίσκεται σε τροχιά. Καθώς το υλικό αυτό θερμαίνεται σε έναν πυκνό δακτύλιο γύρω από τη μαύρη τρύπα, γνωστό ως Δίσκος Προσαύξησης, (accretion disk) εκπέμπει ακτινοβολία η οποία μπορεί να ανιχνευθεί με τηλεσκόπια ακτίνων Χ.
Ο Μονόκερος, ωστόσο, ανακαλύφθηκε με διαφορετική μέθοδο. Η ομάδα του Jayasinghe χρησιμοποίησε δεδομένα από διάφορα παρατηρητήρια για τη μέτρηση περιοδικών αλλαγών στη φωτεινότητα και το φάσμα του φωτός που προέρχεται από ένα ερυθρό γίγαντα αστέρα γνωστό ως V723 Mon. Αυτοί οι τύποι παρατηρήσεων χρησιμοποιούνται για αρκετές δεκαετίες για την αναζήτηση εξωπλανητών, κάτι που μπορεί να είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστεί άμεσα.
Η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα αόρατο συνοδευτικό αντικείμενο έλκει τον ερυθρό γίγαντα, παραμορφώνοντας τον σε ένα σχήμα που μοιάζει με σταγόνα νερού. Τα δεδομένα δίνουν τη συνδυασμένη μάζα και των δύο αντικειμένων, και αν το αστέρι είναι πιο μαζικό, πιο βαρύ θα λέγαμε από την εκτίμηση της ομάδας, είναι πιθανό το αόρατο αντικείμενο να είναι ένα αστέρι νετρονίων. Αλλά η ομάδα πιστεύει ότι ο συνοδός είναι πιθανότατα μια μικρή μαύρη τρύπα.
Αν και ο Μονόκερος αλλάζει το σχήμα του ερυθρού γίγαντα, δεν έλκει υλικό από αυτό. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει δίσκος προσαύξησης και επομένως δεν υπάρχουν ακτίνες Χ, γι 'αυτό και ήταν αόρατος μέχρι σήμερα. Αυτή η έλλειψη εκπομπών ακτίνων Χ σε τέτοιες "ήσυχες" μαύρες τρύπες μπορεί να εξηγεί γιατί έχουν βρεθεί μέχρι τώρα τόσες λίγες από αυτό τον τύπο.
Οι μαύρες τρύπες με μάζα περισσότερο από πέντε φορές μάζα από αυτή του Ηλίου μας φαίνεται να είναι άφθονες, αλλά κάτω από αυτό το μοντέλο, φαίνεται να έχουν έλλειψη. Οι αστρονόμοι αναφέρονται στην αινιγματική έλλειψη μικρών μελανών οπών ως το λεγόμενο "κενό μάζας-mass gap".
Συμπληρώνοντας το εσωτερικό του κενού μάζας
Πριν από την ανακάλυψη του Μονόκερου, είχαν προταθεί αρκετοί άλλοι υποψήφιοι για μαύρες τρύπες μέσα στο κενό μάζας. Το 2019, η ίδια ομάδα ανακοίνωσε ότι ανακάλυψε ένα σκοτεινό αντικείμενο σε τροχιά γύρω από ένα τεράστιο αστέρι - ωστόσο, οι εκτιμήσεις τους για τη μάζα του αντικειμένου ήταν λιγότερο ακριβείς και κατάφεραν μόνο να συμπεράνουν ότι ήταν είτε μια μαύρη τρύπα "είτε ένα απροσδόκητα τεράστιο αστέρι νετρονίων. "
Πέρυσι, μια άλλη ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε αυτό που πίστευαν ότι ήταν ένα τριπλό αστρικό σύστημα, περίπου 1.100 έτη φωτός από τη Γη, το οποίο περιείχε μια μαύρη τρύπα περίπου τεσσάρων ηλιακών μαζών σε τροχιά γύρω από δύο αστέρια. Εάν το σύστημα περιέχει πραγματικά μια μαύρη τρύπα, θα ήταν το πιο κοντινό στη Γη, αλλά από τότε μια άλλη έρευνα έχει δημιουργήσει αμφιβολίες για το εύρημα.
Τα συγχωνευμένα αστέρια νετρονίων τροφοδότησαν μια έκρηξη ακτίνων γάμμα διάρκειας δευτερολέπτων που ακτινοβολούσε ακτινοβολία στο διάστημα. Προκάλεσαν επίσης μια kilonova που έλαμπε για μέρες καθώς παρήγαγε βαριά στοιχεία. Εικόνα: C. BICKEL/SCIENCE
Άλλα δελεαστικά θα λέγαμε αποτελέσματα προήλθαν από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων όπως το Συμβολόμετρο LIGO (Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων). Το 2019 οι αστρονόμοι παρατήρησαν μια πηγή βαρυτικών κυμάτων γνωστή ως GW190814, (GW= Gravitational Wave) η οποία πυροδοτήθηκε από τη σύγκρουση δύο αντικειμένων. Ζύγιζε μόλις 2,6 ηλιακές μάζες - που σημαίνει ότι πρέπει να ήταν είτε ένα εξαιρετικά βαρύ αστέρι νετρονίων είτε η πιο ελαφριά γνωστή μαύρη τρύπα. Επιπλέον, η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, η οποία παρατηρήθηκε ως ενα συμβάν βαρυτικών κυμάτων το 2017, πιστεύεται ότι δημιούργησε μια μαύρη τρύπα περίπου 2,8 ηλιακών μαζών.
Τα αντικείμενα που ανιχνεύονται μέσω βαρυτικών κυμάτων είναι, δυστυχώς, δύσκολο να μελετηθούν μακροπρόθεσμα. Τείνουν να βρίσκονται πολύ πιο πέρα από τον Γαλαξία μας, πράγμα που σημαίνει ότι οι αστρονόμοι μαθαίνουν γι 'αυτά μόνο όταν εκπέμπουν μια σύντομη έκρηξη βαρυτικών κυμάτων. Μετά από αυτό, είναι εκτός θέασης για πάντα.
Ο Μονόκερος, από την άλλη πλευρά, βρίσκεται στη "γαλαξιακή μας αυλή" και μπορεί να μελετηθεί για τα επόμενα χρόνια. "Το γεγονός ότι ο συνοδός του είναι ένας ερυθρός γίγαντας και ότι είναι κοντά, κάνει την παρατήρηση πιο ακριβή και αξιόπιστη", δηλώνει η Vicky Kalogera, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern η οποία δεν συμμετείχε στη νέα αυτή έρευνα.
Κατάρρευση στο χωροχρόνο
Οι αστρονόμοι ελπίζουν ότι ο Μονόκερος και άλλα παρόμοια αντικείμενα θα ρίξουν φως στη φυσική που διέπει το σχηματισμό τόσο των μελανών οπών όσο και των αστέρων νετρονίων. Και τα δύο αντικείμενα σχηματίζονται όταν ένα αστέρι φτάσει στο τέλος της ζωής του, εξαντλώντας τα αποθέματα των πυρηνικών του καυσίμων (του Υδρογόνου). Αλλά ποια μοίρα αναλογεί σε κάθε αστέρι εξαρτάται από τη μάζα του.
Εάν το αστέρι είναι λίγο μεγαλύτερο από τον Ήλιο μας, ανατινάζεται σε μια έκρηξη υπερκαινοφανούς (σουπερνόβα). Το υπόλοιπο του αστεριού συμπιέζεται από τη βαρύτητα για να σχηματίσει ένα αστέρι νετρονίων - ένα αντικείμενο τόσο πυκνό που το υλικό συμπιέζεται τόσο σφιχτά όπως ένας ατομικός πυρήνας.
Αν όμως το αντικείμενο είναι πολύ βαρύτερο, τότε το αντικείμενο καταρρέει περαιτέρω από τη δύναμη της βαρύτητας, δημιουργώντας μια μαύρη τρύπα. Παρόλο που το αστέρι μπορεί να έχει ζήσει για δέκα εκατομμύρια χρόνια, η διαδικασία αυτή τελειώνει με απίστευτη ταχύτητα.
"Σε διάστημα από ένα έως πέντε δευτερόλεπτα, το αστέρι αποφασίζει αν πρόκειται να εκραγεί ως υπερκαινοφανής παράγοντας ένα αστέρι νετρονίων ή εάν πρόκειται να καταρρεύσει και να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα", δηλώνει ο Todd Thompson, αστρονόμος του κρατικού πανεπιστημίου του Οχάιο και συν-συγγραφέας του paper για τον Μονόκερο. "Ή θα μπορούσε να υπάρχει μια ενδιάμεση περίπτωση, όπου εκρήγνυται λίγο, αλλά εξακολουθεί να έχει υλικό που πέφτει πίσω προς το εσωτερικό του άστρου, παράγοντας μια μαύρη τρύπα. Όλα αυτά αποφασίζονται σε μια πολύ σύντομη σειρά. "
Ένα δίλημμα για τους ερευνητές είναι ότι είναι αδύνατο να μελετήσουμε άμεσα τη σχετική φυσική για το φαινόμενο αυτό. "Δεν κατανοούμε ακόμη πλήρως πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε πυρηνικές πυκνότητες", δηλώνει η Kalogera. "Αυτή είναι η πρόκληση της αστρονομίας: Δεν μπορούμε να μιμηθούμε αυτές τις πυκνότητες στο εργαστήριο."
Οι μικρότερες μαύρες τρύπες, όπως ο Μονόκερος, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να λύσουν αυτό το κοσμικό αίνιγμα.
Μια σαφέστερη εικόνα μπορούμε να έχουμε όταν δοθούν περισσότερα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, σχεδιασμένο να χαρτογραφεί τις θέσεις των αστεριών στον ουρανό με ακρίβεια, αποκαλύπτοντας ίσως περισσότερες μικρές μαύρες τρύπες οι οποίες έλκουν τους συνοδούς τους αστέρες.
Οι αστρονόμοι περιμένουν επίσης με ανυπομονησία την επόμενη έκδοση δεδομένων από τη Ψηφιακή Έρευνα του Ουρανού Sloan (Sloan Digital Sky Survey), η οποία χρησιμοποιεί ένα τηλεσκόπιο στο Νέο Μεξικό για να παρέχει λεπτομερή εικόνα εκατομμυρίων ουράνιων αντικειμένων, και έτσι μπορεί να αποκαλύψει την κίνηση των αστεριών καθώς εκείνα αλληλεπιδρούν με αόρατους συντρόφους. Μικρές μαύρες τρύπες μπορούν επίσης να ανακαλυφθούν από το Αστεροσκοπείο Vera C. Rubin, το οποίο βρίσκεται υπό κατασκευή στη Χιλή.
Καθώς περισσότερα δεδομένα γίνονται διαθέσιμα, οι αστρονόμοι ελπίζουν να μάθουν αν η έλλειψη μικρών μελανών οπών δείχνει κάποια νέα πτυχή της αστρικής φυσικής - ή εάν οι μικρές μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα παρούσες σε ολόκληρο τον γαλαξία, και οι οποίες δεν ανιχνεύτηκαν μέχρι τώρα επειδή μόλις μόλις πρόσφατα αναπτύξαμε την ανάλογη μέθοδο έρευνας.
Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble αποκαλύπτει τη συγκέντρωση μικρών μελανών οπών.
Πηγή: nationalgeographic.com