Γιατί λάμπουν οι μαύρες τρύπες;

Μαύρες τρύπες, από τα πιο παράξενα "πλάσματα" σε ολόκληρο το σύμπαν. Πρόκειται για εξαιρετικά συμπαγή αστέρια, ή μάλλον, ό,τι έχει απομείνει από αυτά, των οποίων η μάζα είναι τόσο μεγάλη που μπορούν να κάμψουν το πλαίσιο του χωροχρόνου γύρω τους σε τέτοιο βαθμό που τίποτα που εμπίπτει στον ορίζοντα γεγονότων τους δεν μπορεί να ξεφύγει. Ούτε καν το φως.

Ανατομία μιας μαύρης τρύπας. 
Πηγή εικόνας: https://southportastro.org/astro-notes/

Ο μόνος τρόπος για να δεις τα συμπαντικά αυτά τέρατα είναι να τα παρατηρήσεις ενώ καταβροχθίζουν κάποιο ουράνιο αντικείμενο. Το αέριο και τα αστέρια που καταπίνουν αυτά τα γαλαξιακά κενά, στην πραγματικότητα, είναι διατεταγμένα σε έναν πυρακτωμένο δίσκο πριν χαθούν οριστικά στη μαύρη τους άβυσσο. Και η τελευταία λάμψη αυτών των αντικειμένων μπορεί να γίνει πιο φωτεινή από ολόκληρους γαλαξίες.

Η φωτεινότητα αυτών των δίσκων μπορεί επίσης να κυμαίνεται με την πάροδο του χρόνου, λάμποντας συχνά για μέρες.

 

Μια ανάλυση που έγινε σε περισσότερες από 5000 υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες χάρη σε δεδομένα από το τηλεσκόπιο ATLAS της NASA, κατάφερε να δώσει μια απάντηση σε αυτό το περίεργο φαινόμενο, πιθανότατα λόγω αναταράξεων και καθοδηγούμενο από τριβές και έντονα βαρυτικά και μαγνητικά πεδία.

 

Γιγαντιαίοι "αστροφάγοι"

 

Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι ουράνια αντικείμενα που μπορούν να φτάσουν σε μάζα εκατομμυρίων ή δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Ο αγαπημένος μας Γαλαξίας έχει μία ακριβώς στο κέντρο του, με μάζα ίση με 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, γύρω από την οποία περιφέρονται περίπου 200 δισεκατομμύρια αστέρια συμπεριλαμβανομένου και του Ήλιου μας.

 

Στο σύμπαν, ωστόσο, συμβαίνουν συχνά γεγονότα που διαταράσσουν την λεγόμενη κυκλική ακινησία. Για παράδειγμα, όταν δύο γαλαξίες έλκει ο ένας τον άλλον λόγω της βαρύτητάς τους, τα αστέρια που υπάρχουν μέσα τους μπορούν να εκτιναχθούν και να παρασυρθούν επικίνδυνα προς τη μαύρη τρύπα μέσα σε έναν από αυτούς. Όταν συμβαίνει αυτό, τα άμοιρα αυτά αστέρια συχνά γίνονται κομμάτια και καταβροχθίζονται ανελέητα…

Ο Γαλαξίας μας πιθανότατα έχει υποστεί παρόμοια διαδικασία στο παρελθόν.

Οι μαύρες τρύπες είναι σαν ζωντανά αντικείμενα: τρέφονται καταπίνοντας οτιδήποτε βρίσκεται μέσα στην εμβέλειά τους. Μερικές με αργό και ήπιο τρόπο, ρουφώντας συχνά νέφη αερίου που εκτοξεύονται από τα αστέρια, άλλες πάλι κομματιάζουν την ύλη με ρυθμό μίας ηλιακής μάζας κάθε 48 ώρες!

 

Και αυτό που οι μελανές οπές τρώνε είναι ‘’ξεφτισμένο’’, και κατανέμεται πρώτο στον δίσκο προσαύξησης τους. Δεδομένου ότι οι περισσότερες από τις πιο αδηφάγες μαύρες τρύπες είναι πολύ μακριά από εμάς, δεν είναι δυνατό να δούμε λεπτομέρειες του δίσκου αυτού.

Ωστόσο, κάθε τόσο, μια πιο ισχυρή λάμψη μάς επιτρέπει να παρατηρήσουμε το δίσκο και τις καθημερινές αλλαγές στη φωτεινότητα που προκαλούνται από τη λαμπερή δίνη που αναβλύζει μέσα του. Και αυτή η λάμψη μας λέει την ιστορία τους.

Στην πραγματικότητα, τα μαγνητικά πεδία που αναπτύσσουν μπορεί να προκαλέσουν τακτικές αναταράξεις μέσα στους δίσκους.

Σύμφωνα με τη μελέτη, οι μεγαλύτεροι δίσκοι σφαιρών αναπτύσσονται πιο αργά με αργή λάμψη, ενώ οι στενότερες και ταχύτερες τροχιές ύλης οι οποίοι σχηματίζουν μικρότερους δίσκους θα έλαμπαν πιο γρήγορα.

 

Ταξινομώντας τις 5000 μαύρες τρύπες που αναλύθηκαν κατά μέγεθος, φωτεινότητα και χρώμα, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί η τροχιακή ταχύτητα κάθε δίσκου και, μόλις το ‘’ρολόι’’ ρυθμίστηκε να λειτουργεί στην ταχύτητα του δίσκου, κατανοήσαμε πώς συνέβη το τρεμόπαιγμα των δίσκων αυτών. Αυτή η καθολική συμπεριφορά προβλέπεται σε μια θεωρία γνωστή ως μαγνητο-περιστροφική αστάθεια (magnetorotational instability).

 

Για να μάθετε περισσότερα: Ji-Jia Tang et al, Universality in the random walk structure function of luminous quasi-stellar objects, Nature Astronomy (2023).

DOI: 10.1038/s41550-022-01885-8

 

Πηγή: Cieli lontani Astronomia

Σχετικά με την εικόνα:

Στην εικόνα βλέπουμε  μια προσομοίωση υπερυπολογιστή της NASA που απεικονίζει τι φαίνεται έξω από τον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας Schwarzschild* η οποία φωτίζεται από έναν λεπτό δίσκο προσαύξησης λόγω του τρόπου με τον οποίο το έντονο βαρυτικό της πεδίο παραμορφώνει κατάφωρα τον χωρόχρονο στην άμεση γειτνίασή του.

 Ο δακτύλιος φωτονίων που συχνά αναφέρεται ως σφαίρα φωτονίων είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα είναι πολύ ισχυρή, και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από τον δίσκο προσαύξησης περιορίζεται να ταξιδεύει με αστάθεια με σχεδόν κυκλικές τροχιές λόγω της ακραίας βαρυτικής παραμόρφωσης του χώρου. Θεωρητικά, σε αυτή την περιοχή, κοιτάζοντας απευθείας μπροστά, θα μπορούσατε να δείτε τα φωτόνια που εκπέμπονται από το πίσω μέρος του κεφαλιού σας! Μέσα στον δακτύλιο φωτονίων τα σωματίδια φορτισμένου πλάσματος είτε ακολουθούν τροχιές στη μαύρη τρύπα είτε επιταχύνονται σε σχετικιστικές ταχύτητες παραμορφώνοντας μαγνητικά πεδία και εκτινάσσονται σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος του άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας. Η σκοτεινή περιοχή μέσα στο δακτύλιο φωτονίων είναι περίπου διπλάσια από την περιοχή του πραγματικού ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας που έχει ακτίνα περίπου 18 δισεκατομμυρίων km (~120 AΜ) και εκτιμώμενη μάζα ~6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο.

 Πηγή: https://southportastro.org/astro-notes/

 *Η μαύρη τρύπα Schwarzschild χαρακτηρίζεται από ένα περιβάλλον σφαιρικό όριο, το οποίο ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, και το οποίο βρίσκεται στην λεγόμενη ακτίνα Schwarzschild. Συχνά ονομάζεται και ακτίνα της μαύρης τρύπας.