Το πρόγραμμα XEUS για την έρευνα των πολύ μεγάλων μαύρων οπών

Άρθρο, Αύγουστος 2006

Πρόσφατα παρουσιάστηκαν τα σχέδια για τις μελλοντικές αποστολές της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), μεταξύ των οποίων είναι και η αποστολή XEUS. Με αυτήν θα προχωρήσει η μελέτη των μαύρων οπών με τη βοήθεια των ακτίνων Χ. 

Όνομα προγράμματος : XEUS - Υπεύθυνο Ίδρυμα Πανεπιστήμιο του Λέιτσεστερ

Στόχος του: Η μελέτη των μαύρων οπών

Έτοιμο για την εκτόξευση : 2017-2020

Το Xeus έχει ένα Χ στην αρχή επειδή ελπίζει να γίνει το τελευταίο παρατηρητήριο ακτίνων X. Η ομάδα των αστρονόμων ακτίνων-X υπό τον καθηγητή Bob Warwick  μελετά τις ακτίνες που εκπέμπονται από τα ουράνια αντικείμενα. Οι ουράνιες ακτίνες X (που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1962) εκπέμπονται πιθανά από πηγές υψηλής ενέργειας που περιέχουν εξαιρετικά καυτά αέρια σε θερμοκρασίες από ένα εκατομμύριο έως εκατό εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, όπως είναι τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία ακτίνων-X απορροφάται από την ατμόσφαιρα της Γης, πρέπει τα όργανα που θα τις παρατηρήσουν πρέπει να είναι σε ένα μεγάλο ύψος ή - κατά προτίμηση - στο ίδιο το διάστημα.

Αυτήν την περίοδο υπάρχουν τέσσερα δορυφορικά παρατηρητήρια που μελετούν τις εκπομπές ακτίνων X από τα ουράνια σώματα - μεταξύ τους είναι η κύρια αποστολή της ESA, η XMM-Newton, και η βασική αποστολή Chandra της NASA - αλλά η αποστολή Xeus θα είναι 200 φορές ισχυρότερη από τους προκατόχους της. "Το Xeus θα είναι μια πρόκληση γιατί θα βάλει την επόμενη γενεά των παρατηρητήριων ακτίνων X στο διάστημα", λέει ο Warwick, που ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τις μαύρες τρύπες.

"Καθώς η ύλη προσελκύεται προς τις μαύρες τρύπες - που είναι μια πηγή έντονης βαρύτητας αλλά όχι και τόσο πολύ αφήνοντας να διαφύγουν ακτίνες Χ - κερδίζει άφθονη ενέργεια και θερμότητα. Έτσι οι ακτίνες X είναι ο καλύτερος τρόπος για να μελετήσει κάποιος τι συμβαίνει στην ύλη καθώς φεύγει πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων και κατεβαίνει στον απύθμενο λάκκο - ή "πηγάδι βαρύτητας" όπως το λέμε. Οι μαύρες τρύπες μας υπενθυμίζουν ότι το σύμπαν έχει και αιώνιες φυλακές. Και τέλος μας υπενθυμίζουν ότι ο πλανήτης μας είναι μια σχετικά γαλήνια θέση έναντι τέτοιων τρομακτικών περιοχών."

Ακτίνες Χ από το πρώιμο Σύμπαν

Ο κύριος στόχος της αποστολής XEUS είναι η ακτινοβολία υποβάθρου σε ακτίνες X που φαίνεται να γεμίζει ολόκληρο τον ουρανό. Πέρα από το Γαλαξία μας, με τα δισεκατομμύρια αστέρια, οι αστρονόμοι βλέπουν έναν άλλο κόσμο με δισεκατομμύρια τέτοιων γαλαξιών. Καθώς όσο πιο βαθύτερα κοιτάζουν τα τηλεσκόπια στο διάστημα τόσο πιο πίσω στον χρόνο κοιτάζουμε. Το φως από τους πιο απόμακρους γαλαξίες θέλει περίπου δέκα δισεκατομμύρια χρόνια για να φθάσει σε εμάς, και εμείς τους βλέπουμε στην βρεφική τους ηλικία. Αν κοιτάξουμε πέρα από αυτούς θα φτάσουμε στη λεγόμενη Σκοτεινή Εποχή, μια εποχή χωρίς αστέρια, όταν το νεαρό σύμπαν εγκυμονούσε τους αγέννητους γαλαξίες του. Πολλές από τις κοσμικές ακτίνες X του υποβάθρου μπορούν να προέρχονται από εκείνη την Σκοτεινή Εποχή, έτσι θα επιτρέψει στην αποστολή XEUS να συμβάλει σε μεγάλες ανακαλύψεις για το πολύ νεαρό σύμπαν.

Ακτίνες Χ από το διάστημα

Ένα μακρινό σμήνος γαλαξιών που εκπέμπει ακτίνες Χ από το καυτό αέριο που παγιδεύεται ανάμεσα στους γαλαξίες. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτές οι ομάδες των γαλαξιών σχηματίστηκαν όταν το σύμπαν ήταν ηλικίας 2 δισεκατομμυρίων ετών

Το XEUS θα μας προσφέρει την πιο καυτή άποψη του νέου σύμπαντος. Τα μάτια μας είναι συντονισμένα στο φως του ήλιου που αντιστοιχεί σε μια θερμοκρασία 5800 Κ, η οποία είναι χαρακτηριστική θερμοκρασία του ορατού φάσματος της ακτινοβολίας. Και είναι πολύ ψυχρή σε σύγκριση με τα εκατομμύρια των βαθμών που απαιτούνται για να δημιουργηθούν οι ακτίνες X. Η μικροκυματική ακτινοβολία και οι υπέρυθρες ακτίνες θα μελετηθούν από τα προαναφερθέντα διαστημικά τηλεσκόπια αναφερθέντα, που προέρχονται από ακόμα πιο ψυχρές πηγές. Μάλιστα το μεγαλύτερο μέρος της αισθητής ύλης στον κόσμο σήμερα είναι σε μια καυτή κατάσταση, η οποία ακτινοβολεί στις μικρού μήκους υπεριώδεις ακτίνες καθώς και σε ακτίνες X. Επίσης, το διάστημα μεταξύ των γαλαξιών περιέχει τεράστια νέφη αερίου σε πολύ υψηλή θερμοκρασία.

Αλλά πώς και το σύμπαν έγινε τόσο καυτό;

Η μόνη επαρκής πηγή ενέργειας γι αυτό είναι η βαρύτητα, η οποία αναγκάζει την ύλη να συσσωρεύεται - περιφρονώντας τη γενική διαστολή του κόσμου. Είναι σαν την απελευθέρωση της ενέργειας σε έναν καταρράκτη, αλλά σε μια πολύ μεγαλύτερη κλίμακα. Όποτε στον Γαλαξία μας σχηματίζεται ένα νέο αστέρι, η κατάρρευση του νέφους του αερίου επιτυγχάνει να ανεβάσει σε τέτοια θερμοκρασία τον πυρήνα του άστρου, ώστε αυτή να είναι ικανή να προκαλέσει ανάφλεξη στις πυρηνικές αντιδράσεις που τροφοδοτούν με ενέργεια το αστέρι. Το πραγματικό πρόβλημα με την κατάρρευση του αερίου είναι ότι δεν πρέπει το αέριο να γίνει τόσο καυτό γιατί έτσι θα διαδοθεί στο διάστημα προτού να μπορέσει να φτιάξει ένα αστέρι. Η φύση όμως προβλέπει και υπερνικά αυτήν την εμπλοκή ακτινοβολώντας ενέργεια από τα μόρια και τη σκόνη στο νέφος του αερίου.

Οι συνθήκες στον αρχέγονο κόσμο ήταν αρκετά διαφορετικές από εκείνες που επικρατούν στο Γαλαξία σήμερα. Επειδή υπήρχαν λίγα προϋπάρχοντα μόρια και καμία διαθέσιμη  σκόνη για να ψυχθεί το καυτό αέριο (όπως λέει η θεωρία), μόνο τα τεράστια νέφη θα μπορούσαν να καταρρεύσουν. Και θα έκαναν, όχι αστέρια, αλλά μαύρες τρύπες. Γι' αυτό οι θεωρητικοί υποψιάζονται ότι οι γιγαντιαίες μαύρες τρύπες, εκατομμύρια φορές βαρύτερες από τον ήλιο μας, μπορεί να ήταν μεταξύ των πρώτων πρώτων αντικειμένων που δημιουργήθηκαν στον κόσμο. Και βεβαίως οι ακτίνες X που παρήχθησαν κοντά σε πολλές τέτοιες γιγαντιαίες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να εξηγήσουν το κοσμικό υπόβαθρο των ακτίνων X.

Το εξελισσόμενο σύμπαν

Οι υπερβολικά μεγάλες μαύρες τρύπες από την πιο πρώιμη εποχή του κόσμου επιζούν υποθετικά σήμερα στις καρδιές των γαλαξιών. Με τη σύγκριση των απόμακρων και κοντινότερων γαλαξιών, οι μετρήσεις των ακτίνων X θα μπορούσαν να διευκρινίσουν την αύξηση και την εξέλιξη αυτών των κολοσσιαίων αρχέγονων μαύρων οπών, και τις εκρήξεις που προκαλούν, σε όλη την ιστορία των γαλαξιών.

Έτσι, με τη βοήθεια από το XEUS, μπορούν να λυθούν κι άλλοι κοσμικοί γρίφοι. Οι τεράστιες μάζες της σκοτεινής ύλης με άγνωστη σύνθεση πληρούν τον κόσμο, αλλά οι ενδείξεις για τη συμπεριφορά της προέρχονται από τις ακτίνες X του καυτού αερίου, που παγιδεύεται από τη σκοτεινή ύλη στα σμήνη των γαλαξιών.

Αυτά τα σμήνη σχηματίστηκαν, μεγάλωσαν και συγχωνεύτηκαν όσο περνούσε ο χρόνος, και η κατανομή τους παρουσιάζει την αρχιτεκτονική του εξελισσόμενου σύμπαντος. Γενικότερα, η αποστολή XEUS μπορεί να ερευνήσει την άφθονη καυτή ύλη στον κόσμο, από τις αρχές του χρόνου μέχρι τώρα, δείχνοντας πώς αυτή εξελίχθηκε ταυτόχρονα με την ψυχρή ύλη, που ανιχνεύθηκε στα υπέρυθρα μήκη κύματος. Παραδείγματος χάριν θα αποκαλύψει το βαθμιαίο εμπλουτισμό του σύμπαντος με χημικά στοιχεία που απαιτούνται για την παραγωγή των γήινων πλανητών.

Έτσι το XEUS θα έχει να διαδραματίσει μια ιστορική πορεία για την κοσμική εξέλιξη. Και γι αυτό το όνομα XEUS προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων: Αποστολή με Φασματοσκοπία Ακτίνων X του Εξελισσόμενου Σύμπαντος (X-ray Evolving Universe Spectroscopy).

Άλλες αποστολές

Τα γεγονότα που περιβάλλουν τη γέννηση των πρώτων πρώτων αστεριών και γαλαξιών είναι το θέμα αρκετών νέων διαστημικών αποστολών. Πριν και από τη Σκοτεινή Εποχή, το πιο ακραίο όριο του αισθητού κόσμου, μας έρχεται η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, εκπεμπόμενη σε μία εποχή που δεν υπήρχε τίποτα άλλο εκτός από μια μεγάλη μάζα της άγνωστης μέχρι τώρα σκοτεινής ύλης καθώς και ένα απέραντο σύννεφο αερίου ηλίου και υδρογόνου. Η αποστολή Planck της ESA (θα πετάξει τέλος του 2007) θα σχεδιάσει εκείνες τις περιοχές στο τότε σύμπαν, με κάπως πιο πυκνό αέριο όπου η βαρύτητα του αερίου θα μπορούσε να συλλέξει κι άλλο αέριο ώστε να σχηματίσει πιο πυκνά αντικείμενα.

Σε μια άλλη αποστολή της ESA, την Herschel ή FIRST επίσης το 2007, οι υπέρυθρες ακτίνες με μεγάλο μήκος κύματος θα μας αποκαλύψουν την πρώτη συγκέντρωση των αστεριών καθώς και την πρώτη αστρική σκόνη, που δημιουργήθηκε από τις εκρήξεις των πρώτων αστεριών όταν τελείωσαν τα καύσιμα τους. Όσον αφορά το ορατό φως από τα πρώτα πρώτα αστέρια και γαλαξίες, το οποίο έχει μετατοπιστεί στο φάσμα λόγω της διαστολής του σύμπαντος για να γίνει υπέρυθρη ακτινοβολία, θα συλληφθεί από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb της επόμενης γενιάς (2011) της NASA - ESA.

Πηγή: ESA κλπ