Ταχύτατη μαύρη τρύπα κρατάει την ιστορία του γαλαξία

Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι κρύβονται στο κέντρο σχεδόν όλων των μεγάλων γαλαξιών, και οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η εξέλιξη ενός γαλαξία είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την εξέλιξη της μαύρης τρύπας του.

Το πόσο γρήγορα μια μαύρη τρύπα περιστρέφεται θεωρείται ότι αντανακλά την ιστορία του σχηματισμού της. Στο πλαίσιο αυτό, μια μαύρη τρύπα που μεγαλώνει σταθερά, τροφοδοτούμενη από μια ομοιόμορφη ροή ύλης που στροβιλίζεται εντός της, θα πρέπει να καταλήξει να περιστρέφεται γρήγορα. Η ταχεία περιστροφή θα μπορούσε επίσης να είναι το αποτέλεσμα δύο μικρότερων μαύρων τρυπών που συγχωνεύονται.

Από την άλλη πλευρά, μια μαύρη τρύπα που τροφοδοτείται από μικρούς σβώλους υλικού που χτυπούν από όλες τις κατευθύνσεις θα καταλήξει να περιστρέφεται σχετικά αργά.

Τα σενάρια αυτά αντικατοπτρίζουν το σχηματισμό του ίδιου του γαλαξία, δεδομένου ότι ένα μέρος όλης της ύλης που βρίσκεται στο γαλαξία οδηγείται μέσα στη μαύρη τρύπα. Για το λόγο αυτό, οι αστρονόμοι είναι πρόθυμοι να μετρήσουν τα ποσοστά περιστροφής των μαύρων τρυπών στις καρδιές των γαλαξιών.

Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι να παρατηρήσουμε τις ακτίνες Χ που εκπέμπονται ακριβώς έξω από τον “ορίζοντα γεγονότων”, το όριο γύρω από μια μαύρη τρύπα πέρα ​​από το οποίο τίποτα, συμπεριλαμβανομένου και του φωτός, δεν μπορεί να δραπετεύσει.

Ειδικότερα, τα θερμά άτομα σιδήρου παράγουν μια ισχυρή υπογραφή ακτίνων Χ σε μία συγκεκριμένη ενέργεια, η οποία παραμορφώνεται από την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Η φύση αυτής της παραμόρφωσης μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να συναχθεί ο ρυθμός περιστροφής.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, προηγούμενες παρατηρήσεις έχουν δείξει πως υπάρχουν εξαιρετικά γρήγορα περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες σε ορισμένους γαλαξίες. Ωστόσο, η επιβεβαίωση του ρυθμού περιστροφής είναι πολύ δύσκολη, διότι το φάσμα των ακτίνων Χ μπορεί επίσης να κηλιδωθεί από την απορρόφηση νεφών αερίου που βρίσκονται κοντά στο δίσκο. Τα δύο αυτά σενάρια ήταν αδύνατον μέχρι τώρα να τα ξεχωρίσουμε.

Για περίπου 36 ώρες τον Ιούλιο του 2012, το XMM-Newton της ESA και το NuStar της NASA - το Πυρηνική Φασματοσκοπική Διάταξη Τηλεσκοπίων(Nuclear Spectroscopic Telescope Array)- παρατήρησαν ταυτόχρονα τον σπειροειδή γαλαξία NGC 1365. Το XMM-Newton συνέλαβε τις χαμηλότερης ενέργειας ακτίνες Χ, ενώ το NuStar τα δεδομένα υψηλότερης ενέργειας.

Τα συνδυασμένα δεδομένα αποδείχθηκε ότι είναι το κλειδί για τη λύση του παζλ. Ένα μοντέλο μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας κάνει σαφή πρόβλεψη για την αναλογία της υψηλής ενέργειας σε χαμηλής ενέργειας ακτίνες Χ. Το ίδιο ισχύει και για ένα απορροφητικό νέφος αερίου.

Αλλά κυρίως, οι προβλέψεις είναι διαφορετικές και τα νέα δεδομένα συμφωνούν μόνο με μία ταχύτατα περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Αυτό υποδηλώνει ότι ο γαλαξίας έχει αυξηθεί σταθερά με το χρόνο, με υλικό να ρέει συνεχώς ομοιόμορφα στην κεντρική μαύρη τρύπα.

Ωστόσο, οι αστρονόμοι δεν μπορούν ακόμα να αποκλείσουν ένα ενιαίο μεγάλο γεγονός όπου δύο γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες τους συγχωνεύονται, παράγοντας μια ξαφνική επιτάχυνση της προκύπτουσας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας.

"Μπορούμε όμως να αποκλείσουμε εντελώς το μοντέλο απορρόφησης", λέει ο Guido Risaliti, του παρατηρητηρίου INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri, στην Ιταλία, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.

"Τώρα που γνωρίζουμε πώς να μετρήσουμε τις τιμές περιστροφής μιας μαύρης τρύπας με βεβαιότητα, μπορούμε με μεγαλύτερη σιγουριά να τις χρησιμοποιήσουμε για να εξάγουμε συμπεράσματα για την εξέλιξη των γαλαξιών που τις φιλοξενούν".

Η μέτρηση των περιστροφών της μαύρης τρύπας παρέχει επίσης ένα νέο τρόπο για να δοκιμαστεί η γενική σχετικότητα. Δημοσιευμένη το 1915, η γενική σχετικότητα είναι η περιγραφή του Άλμπερτ Αϊνστάιν για τη βαρύτητα. Προβλέπει φαινόμενα που απαντώνται συχνότερα σε εξαιρετικά ισχυρά βαρυτικά πεδία, όπως εκείνα που βρίσκονται κοντά σε μαύρες τρύπες, και η μαύρη τρύπα NGC 1365 περιστρέφεται σχεδόν τόσο γρήγορα όσο επιτρέπεται από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν.

"Το αποτέλεσμα θα ωφελήσει τόσο τη φυσική όσο και την αστροφυσική", λέει ο Δρ.Risaliti, που εφαρμόζει ήδη την τεχνική μέτρησης με ακτίνες Χ σε διαφορετικούς γαλαξίες.

"Το αποτέλεσμα είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα της συνέργειας που μπορεί να επιτευχθεί όταν συμπληρωματικές διαστημικές αποστολές χρησιμοποιούνται μαζί. Θα ήταν αδύνατο να είχε επιτευχθεί αυτό το έργο χωρίς τα δύο διαστημικά σκάφη να εργάζονται παράλληλα", λέει ο Norbert Schartel, επιστήμονας του έργου XMM-Newton της ESA.

Σημειώσεις για Συντάκτες

"A rapidly spinning supermassive black hole at the centre of NGC 1365" από τον G. Risaliti και άλλους δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature στις 28 Φεβρουαρίου, 2013; doi: 10.1038/nature11938.

Η αποστολή της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας X-ray Multi-Mirror, XMM-Newton, ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 1999. Πρόκειται για το μεγαλύτερο επιστημονικό δορυφόρο που έχει κατασκευαστεί στην Ευρώπη και χρησιμοποιεί πάνω από 170 λεπτούς κυλινδρικούς καθρέφτες που κατανέμονται σε τρία τηλεσκόπια υψηλής απόδοσης ακτίνων Χ (X-ray). Οι καθρέπτες του είναι από τους πιο ισχυρούς που αναπτύχθηκαν ποτέ. Η τροχιά του XMM-Newton το πλησιάζει σχεδόν στο ένα τρίτο της απόστασης στο φεγγάρι, επιτρέποντας έτσι για πολύ ώρα την ανεμπόδιστη θέα των ουράνιων αντικειμένων. Η επιστημονική κοινότητα μπορεί να υποβάλει αίτηση για το χρόνο παρατήρησης στον XMM-Newton σε ανταγωνιστική βάση.

Το NuStar είναι μια μικρή αποστολή Explorer της οποίας ηγείται το California Institute of Technology στη Πασαντένα και τη διαχειρίζεται το Jet Propulsion Laboratory της NASA, επίσης στην Πασαντένα, για την Διεύθυνση Επιστημονικών Αποστολών (Science Mission Directorate) της NASA στην Ουάσιγκτον.

Για περισσότερες πληροφορίες, παρακαλούμε επικοινωνήστε με:

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int

Guido Risaliti
INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri
Tel: +39 055 2752286
Email: risaliti@arcetri.astro.it

Norbert Schartel
ESA XMM-Newton Project Scientist
Tel: +34 91 8131 184
Email: norbert.schartel@esa.int