Συχνά έχουμε στο μυαλό μας τις μαύρες τρύπες του Σύμπαντος ως υπερμεγέθη «τέρατα» που τρέφονται με ό,τι βρίσκεται γύρω τους. Αυτή η γενική εικόνα δεν αλλάζει για τους επιστήμονες. Ωστόσο, διεθνής έρευνα με επικεφαλής το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών αμφισβητεί την καθολικότητα μιας σχέσης που χρησιμοποιείται εδώ και σχεδόν πέντε δεκαετίες για τη μελέτη της διαδικασίας αυτής.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας της Βρετανίας, παρέχει στοιχεία που δείχνουν ότι ο τρόπος αλληλεπίδρασης μεταξύ διαφορετικών περιοχών που περιβάλλουν τις ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μεταβάλλεται ανάλογα με την ηλικία του Σύμπαντος.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στο κέντρο σχεδόν όλων των γαλαξιών πιστεύεται ότι μεγαλώνουν, καθώς η ύλη που έλκεται από τη βαρύτητα κινείται σπειροειδώς προς τα μέσα, σχηματίζοντας έναν περιστρεφόμενο δίσκο που τελικά πέφτει στη μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι μελετούν αυτό το φαινόμενο παρατηρώντας το έντονο φως που παράγεται, καθώς η ύλη που κατευθύνεται προς τη μαύρη τρύπα αναπτύσσει υψηλότατη θερμοκρασία λόγω της τριβής και της ισχυρής βαρυτικής έλξης.
Αυτός ο δίσκος ύλης γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι εξαιρετικά θερμός και παράγει 100 έως 1.000 φορές περισσότερο φως από έναν ολόκληρο γαλαξία που περιέχει 100 δισεκατομμύρια αστέρια. Έτσι, η λάμψη της κεντρικής περιοχής επισκιάζει τον γαλαξία που τη φιλοξενεί και όσα περιλαμβάνει. Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός από τον δίσκο εκπέμπεται στο υπεριώδες και μπορεί να παρατηρηθεί από τηλεσκόπια, επιτρέποντας στους αστρονόμους να ανιχνεύουν στο Σύμπαν τα κβάζαρ, δηλαδή τους πυρήνες ενεργών γαλαξιών που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, σε τεράστιες κοσμικές αποστάσεις από τη Γη.
Τα κβάζαρ εκπέμπουν ισχυρά και στις ακτίνες Χ, ακτινοβολία υψηλής ενέργειας που φαίνεται να προέρχεται από μια περιοχή θερμού πλάσματος (κατάσταση της ύλης σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες) πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, η οποία αποκαλείται «κορώνα».
Εδώ και δεκαετίες έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των ακτίνων Χ και του υπεριώδους φωτός: όσο πιο έντονα ακτινοβολεί ένα κβάζαρ στο υπεριώδες τόσο πιο έντονα τείνει να ακτινοβολεί και στις ακτίνες Χ. Αυτή η σχέση υποδηλώνει αλληλεπίδραση μεταξύ του δίσκου και της κορώνας στα κβάζαρ και, μέχρι σήμερα, θεωρούνταν ότι παραμένει ίδια ανεξάρτητα από την ηλικία του Σύμπαντος.
Η νέα μελέτη αμφισβητεί την καθολικότητα της σχέσης. Οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι όταν το Σύμπαν ήταν νεότερο, περίπου στο μισό της σημερινής του ηλικίας, η συσχέτιση μεταξύ των ακτίνων Χ και του υπεριώδους φωτός ήταν σημαντικά διαφορετική από αυτή που παρατηρείται στο κοντινό Σύμπαν.
Η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και κύρια συγγραφέας της μελέτης, Μαρία Χήρα, εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ότι η αντίληψη πως οι ενεργές μαύρες τρύπες μεγαλώνουν «ρουφώντας» ύλη παραμένει, αλλά αυτό που μεταβάλλεται με τον κοσμικό χρόνο είναι, όπως φαίνεται, ο τρόπος αλληλεπίδρασης μεταξύ της περιοχής που παράγει την υπεριώδη ακτινοβολία και της περιοχής που παράγει τις ακτίνες Χ. Όπως αναφέρει, η μεταβολή στην υπεριώδη ακτινοβολία στο σημερινό Σύμπαν συνδέεται με μεγαλύτερη μεταβολή στις ακτίνες Χ σε σχέση με ό,τι θα συνέβαινε στο πρώιμο Σύμπαν.
Η μελέτη συνδυάζει νέες παρατηρήσεις ακτίνων Χ από το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ eROSITA/SRG και αρχειακά δεδομένα από το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος XMM-Newton με έναν οπτικό κατάλογο κβάζαρ από το αστρονομικό πρόγραμμα SDSS. Οι ερευνητές μελέτησαν 136.745 ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Οι αποστάσεις τους, άρα και οι αντίστοιχες ηλικίες του Σύμπαντος, ποικίλλουν: από πολύ κοντινές έως άλλες που ανήκουν στο πρώιμο Σύμπαν.
Το δείγμα αναλύθηκε με στατιστικά εργαλεία, προκειμένου να εξαχθούν ασφαλέστερα συμπεράσματα. Η κα Χήρα επισημαίνει ότι παρόν που υπάρχουν δεδομένα από πάρα πολλές μαύρες τρύπες, το eROSITA έχει παρατηρήσει κάθε αντικείμενο για πολύ μικρό χρόνο, με αποτέλεσμα η πληροφορία σε επίπεδο μεμονωμένου αντικειμένου να είναι περιορισμένη. Με την ιεραρχική μπεϋζιανή μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, όπως σημειώνει, ήταν δυνατό να εξαχθούν στατιστικά συμπεράσματα για ολόκληρο τον πληθυσμό, αξιοποιώντας την περιορισμένη πληροφορία από κάθε αντικείμενο, και να εντοπιστούν λεπτές συσχετίσεις που σε προηγούμενες μελέτες παρέμεναν «κρυμμένες».
Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι να διερευνήσουν ακόμη πιο μακρινές και αμυδρές μαύρες τρύπες. Η διεύρυνση του δείγματος θα βοηθήσει στην επιβεβαίωση της παρατηρούμενης διαπίστωσης.
Όπως καταλήγει η επικεφαλής ερευνήτρια της μελέτης, αν επιβεβαιωθεί ότι αυτό που παρατηρείται είναι φυσικό φαινόμενο, τότε αναδεικνύονται κενά στην κατανόηση των λεπτομερειών της διαδικασίας με την οποία μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες. Παράλληλα, η διαπίστωση αυτή ενδέχεται να επηρεάσει τα μοντέλα και τις θεωρίες για το πώς μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες και πώς επηρεάζουν τους γαλαξίες στους οποίους βρίσκονται.
Η έρευνα χρηματοδοτείται από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας.
Μπορείτε να διαβάσετε την επιστημονική δημοσίευση εδώ.
Της Μαρίας Κουζινοπούλου
Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ
