NewsEdit Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες παραμένουν, στη συλλογική και επιστημονική φαντασία, τα απόλυτα κοσμικά τέρατα: αντικείμενα ακραίας βαρύτητας που καταβροχθίζουν ύλη και φως. Ωστόσο, νέα διεθνής μελέτη με επικεφαλής το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών έρχεται να αμφισβητήσει έναν θεμελιώδη «κανόνα» της αστροφυσικής που θεωρούνταν σταθερός εδώ και σχεδόν πέντε δεκαετίες, αποκαλύπτοντας ότι ο τρόπος με τον οποίο τρέφονται και αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους αλλάζει με την ηλικία του Σύμπαντος.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο έγκριτο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, δείχνει ότι η σχέση μεταξύ υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτίνων Χ στα κβάζαρ —τους λαμπερούς πυρήνες ενεργών γαλαξιών— δεν είναι καθολική, όπως πιστευόταν, αλλά εξελίσσεται στον κοσμικό χρόνο.
Οι μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών
Σχεδόν κάθε γαλαξίας, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας, φιλοξενεί στο κέντρο του μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι αυτές μεγαλώνουν καθώς η ύλη που έλκεται από την τεράστια βαρυτική τους δύναμη κινείται σπειροειδώς προς τα μέσα, σχηματίζοντας έναν περιστρεφόμενο δίσκο προσαύξησης.
Καθώς η ύλη επιταχύνεται και θερμαίνεται λόγω τριβής και βαρυτικών δυνάμεων, ο δίσκος αυτός εκπέμπει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Σε πολλές περιπτώσεις, η λάμψη του ξεπερνά κατά 100 έως 1.000 φορές τη συνολική φωτεινότητα ενός ολόκληρου γαλαξία με δισεκατομμύρια άστρα, επισκιάζοντας πλήρως το κοσμικό του περιβάλλον.
Τα κβάζαρ και η διπλή ακτινοβολία
Η ισχυρή αυτή εκπομπή ενέργειας επιτρέπει στους αστρονόμους να παρατηρούν τα κβάζαρ σε ακραίες αποστάσεις, ακόμη και όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νεότερο. Η μεγαλύτερη ποσότητα φωτός εκπέμπεται στο υπεριώδες, όμως τα κβάζαρ είναι επίσης έντονες πηγές ακτίνων Χ.
Οι ακτίνες Χ θεωρείται ότι προέρχονται από μια εξαιρετικά θερμή περιοχή πλάσματος πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, γνωστή ως «κορώνα». Για δεκαετίες, οι παρατηρήσεις έδειχναν μια ισχυρή συσχέτιση: όσο αυξάνεται η υπεριώδης ακτινοβολία από τον δίσκο, τόσο αυξάνεται και η εκπομπή ακτίνων Χ από την κορώνα. Αυτή η σχέση θεωρούνταν σταθερή σε όλη την ιστορία του Σύμπαντος.
Η ανατροπή ενός καθολικού κανόνα
Η νέα μελέτη έρχεται να αμφισβητήσει αυτή την παραδοχή. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν το Σύμπαν ήταν περίπου στη μισή ηλικία από τη σημερινή, η σχέση μεταξύ υπεριώδους φωτός και ακτίνων Χ ήταν σημαντικά διαφορετική.
Όπως εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και κύρια συγγραφέας της μελέτης, Μαρία Χήρα, η βασική εικόνα της ανάπτυξης των μαύρων τρυπών δεν αλλάζει. «Αυτό που αλλάζει —και είναι ένα πολύ παράξενο αποτέλεσμα ακόμη και για εμάς— είναι ο τρόπος αλληλεπίδρασης ανάμεσα στην περιοχή που παράγει την υπεριώδη ακτινοβολία και σε εκείνη που παράγει τις ακτίνες Χ», σημειώνει.
Στο σημερινό Σύμπαν, μια μεταβολή στην υπεριώδη ακτινοβολία φαίνεται να προκαλεί πολύ μεγαλύτερη μεταβολή στις ακτίνες Χ απ’ ό,τι συνέβαινε στο πρώιμο Σύμπαν, υποδηλώνοντας ότι οι φυσικές διεργασίες κοντά στη μαύρη τρύπα εξελίσσονται με τον κοσμικό χρόνο.
Δεδομένα από δεκάδες χιλιάδες μαύρες τρύπες
Για να καταλήξουν σε αυτά τα συμπεράσματα, οι ερευνητές συνδύασαν νέες παρατηρήσεις ακτίνων Χ από το τηλεσκόπιο eROSITA/SRG με αρχειακά δεδομένα από το XMM-Newton του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, καθώς και οπτικά δεδομένα κβάζαρ από το πρόγραμμα Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Το τελικό δείγμα περιλάμβανε 136.745 ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, με αποστάσεις που εκτείνονται από το κοντινό έως το πολύ πρώιμο Σύμπαν. Πρόκειται για μία από τις μεγαλύτερες και πιο ολοκληρωμένες στατιστικές μελέτες του είδους.
Καινοτόμα στατιστική ανάλυση
Η πρόκληση, ωστόσο, ήταν ότι πολλές από αυτές τις μαύρες τρύπες είχαν παρατηρηθεί για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, κάτι που καθιστά δύσκολη την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων για κάθε αντικείμενο ξεχωριστά.
Η λύση ήρθε μέσω της εφαρμογής ιεραρχικών Μπεϋζιανών στατιστικών μεθόδων. Όπως εξηγεί η κ. Χήρα, η προσέγγιση αυτή επιτρέπει στους επιστήμονες να αξιοποιούν την περιορισμένη πληροφορία από κάθε πηγή ώστε να καταλήγουν σε αξιόπιστα συμπεράσματα για ολόκληρο τον πληθυσμό. Με αυτό τον τρόπο, αποκαλύφθηκαν «λεπτές συσχετίσεις που σε προηγούμενες μελέτες έμεναν κρυμμένες».
Τι σημαίνει για τη θεωρία της κοσμικής εξέλιξης
Εάν τα ευρήματα επιβεβαιωθούν και από μελλοντικές παρατηρήσεις, οι συνέπειες θα είναι σημαντικές. Η διαφοροποίηση στη σχέση υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτίνων Χ υποδηλώνει ότι οι φυσικές διεργασίες κοντά στις μαύρες τρύπες —και ενδεχομένως ο τρόπος με τον οποίο επηρεάζουν την εξέλιξη των γαλαξιών— δεν είναι διαχρονικά σταθερές.
Αυτό σημαίνει ότι τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα για την ανάπτυξη των μαύρων τρυπών και τον ρόλο τους στη διαμόρφωση των γαλαξιών ίσως χρειαστεί να αναθεωρηθούν.
Το επόμενο βήμα της έρευνας
Ο επόμενος στόχος της ερευνητικής ομάδας είναι η μελέτη ακόμη πιο μακρινών και αμυδρών μαύρων τρυπών, ώστε να διευρυνθεί περαιτέρω το δείγμα και να ελεγχθεί η καθολικότητα των νέων ευρημάτων.
Όπως καταλήγει η επικεφαλής της μελέτης, αν επιβεβαιωθεί ότι πρόκειται για πραγματικό φυσικό φαινόμενο, «αναδεικνύει κενά στην κατανόησή μας για το πώς μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες και πώς επηρεάζουν τους γαλαξίες στους οποίους βρίσκονται». Ένα ακόμη παράθυρο ανοίγει, λοιπόν, στην κατανόηση των πιο ακραίων αντικειμένων του Σύμπαντος — και αυτή τη φορά, η ανατροπή ξεκινά από την Ελλάδα.