Μια μαύρη τρύπα είναι μια περιοχή στο διάστημα όπου η ελκτική βαρυτική δύναμη είναι τόσο ισχυρή ώστε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτήν. Η έντονη βαρύτητα συμβαίνει επειδή η ύλη έχει συμπιεστεί σε ένα μικροσκοπικό χώρο. Αυτή λοιπόν η συμπίεση μπορεί να λάβει χώρα στο τέλος της ζωής ενός άστρου. Ορισμένες δε μαύρες τρύπες οφείλονται στα νεκρά άστρα.. Κι επειδή δεν μπορεί να διαφύγει φως από αυτές, οι μαύρες τρύπες είναι αόρατες. Ωστόσο, τα διαστημικά τηλεσκόπια με ειδικά όργανα μπορούν να μας βοηθήσουν να βρούμε τις μαύρες τρύπες. Μπορούν να παρατηρήσουν τη συμπεριφορά του υλικού και των άστρων που είναι πολύ κοντά ε αυτές.
Τις μαύρες τρύπες τις συναντάμε σε διάφορα μεγέθη, αλλά υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μαύρων οπών. Η μάζα και το μέγεθος της μαύρης τρύπας καθορίζουν το είδος της.
Οι μικρότερες είναι γνωστές ως αρχέγονες μαύρες τρύπες. Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι αυτός ο τύπος μαύρης τρύπας είναι τόσο μικρός όσο ένα άτομο, αλλά με τη μάζα ενός μεγάλου βουνού. Ο πιο συνηθισμένος τύπος μεσαίων μαύρων οπών ονομάζεται “αστρική”. Η μάζα μιας αστρικής μαύρης τρύπας μπορεί να είναι έως 20 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου και μπορεί να χωρέσει μέσα σε μια μπάλα με διάμετρο περίπου 20 χιλιόμετρα. Δεκάδες μαύρες τρύπες με τέτοια αστρική μάζα μπορεί να υπάρχουν μέσα στον Γαλαξία μας.
Οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες ονομάζονται “υπερβαρέες”. Έχουν μάζα περισσότερη από 1 εκατομμύριο ήλιους με διάμετρο περίπου στο μέγεθος του ηλιακού συστήματος. Τα επιστημονικά στοιχεία δείχνουν ότι κάθε μεγάλος γαλαξίας περιέχει μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Η υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία ονομάζεται Τοξότης Α. Έχει μάζα ίση με περίπου 4 εκατομμύρια ήλιους και ταιριάζει μέσα σε μια μπάλα με διάμετρο ίσο σχεδόν με το μέγεθος του ήλιου.
Όταν ένα αστέρι περιπλανιέται πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα, οι έντονες παλιρροιακές δυνάμεις τεμαχίζουν το αστέρι. Σε αυτά τα γεγονότα, που ονομάζονται «παλιρροιακές διαταραχές», μερικά από τα αστρικά συντρίμμια πέφτουν προς το διάστημα έξω με μεγάλη ταχύτητα, ενώ τα υπόλοιπα πέφτουν προς τη μαύρη τρύπα. Αυτό προκαλεί μια ξεχωριστή εκπομπή ακτίνων Χ που μπορεί να διαρκέσει μερικά χρόνια. Τα παρατηρητήρια ακτίνων X, Chandra, Swift και XMM-Newton συνέλεξαν διάφορα κομμάτια αυτού του αστρονομικού παζλ σε μια εκδήλωση αναταραχής – που ονομάζεται ASASSN-14li – τον Νοέμβριο του 2014. Το γεγονός αυτό συνέβη κοντά σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που υπολογίζεται ότι ζυγίζει λίγα εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου στο κέντρο του PGC 043234, ενός γαλαξία που βρίσκεται περίπου 290 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Οι αστρονόμοι ελπίζουν να βρουν περισσότερα γεγονότα, όπως το ASASSN-14li, για να δοκιμάσουν θεωρητικά μοντέλα σχετικά με τον τρόπο που οι μαύρες τρύπες επηρεάζουν το περιβάλλον τους. Κατά τη διάρκεια του γεγονότος της παλίρροιας, κομμάτια σαν νήματα, που περιέχουν μεγάλο μέρος της μάζας του αστεριού, πέφτουν προς τη μαύρη τρύπα. Τελικά αυτές οι αέριες ίνες συσσωματώνονται μέσα σε έναν ομαλό, ζεστό δίσκο που λάμπει φωτεινά στις ακτίνες Χ. Καθώς ο δίσκος σχηματίζεται, η κεντρική του περιοχή θερμαίνεται πάρα πολύ, πράγμα που οδηγεί μια ροή υλικού, που ονομάζεται άνεμος, μακριά από το δίσκο.
Πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες;
Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι έχουν σχηματιστεί στο πρώιμο σύμπαν, λίγο μετά το Big Bang. Οι αστρικές μαύρες τρύπες από την άλλη σχηματίζονται όταν το κέντρο ενός πολύ μεγάλου βάρους αστέρα καταρρέει μέσα στον εαυτό του. Αυτή η κατάρρευση προκαλεί επίσης μία υπερκαινοφανή έκρηξη, ενώ ένα μέρος του υλικού του αστέρα ξεχύνεται στο διάστημα.
Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σχηματίζονται ταυτόχρονα με τον γαλαξία που βρίσκονται. Το μέγεθος της υπερβαρέας μαύρης τρύπας σχετίζεται με το μέγεθος και τη μάζα του γαλαξία που βρίσκεται.
Κι αφού οι μαύρες τρύπες είναι “μαύρες”, πώς γνωρίζουν την παρουσία του οι επιστήμονες ότι είναι εκεί;
Μια μαύρη τρύπα δεν μπορεί να ειδωθεί λόγω της έντονης βαρύτητας που έλκει όλο το φως στο κέντρο της μαύρης τρύπας. Ωστόσο, οι επιστήμονες μπορούν να δουν τα αποτελέσματα της έντονης βαρύτητάς τους πάνω στα αστέρια και τα αέρια γύρω από αυτήν. Εάν ένα αστέρι περιστρέφεται γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο στο διάστημα, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν την κίνηση του αστέρα για να μάθουν αν περιστρέφεται γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Όταν μια μαύρη τρύπα και ένα άστρο περιστρέφονται πολύ κοντά, δημιουργείται ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, ενώ τα επιστημονικά όργανα μπορούν να δουν αυτό το φως υψηλής ενέργειας. Η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας μπορεί μερικές φορές να είναι αρκετά δυνατή ώστε να απορροφήσει τα εξωτερικά αέρια στρώματα του αστέρα και να αναπτύξει ένα δίσκο γύρω από αυτήν, που ονομάζεται δίσκος συσσώρευσης ή προσαύξησης. Καθώς το αέριο από τον δίσκο συσσώρευσης κατευθύνεται σπειροειδώς προς τη μαύρη τρύπα, το αέριο θερμαίνεται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και απελευθερώνει ακτίνες Χ προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα τηλεσκόπια της NASA μετρούν το φως των ακτίνων Χ. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να μάθουν περισσότερα σχετικά με τις ιδιότητες μιας μαύρης τρύπας.
Θα μπορούσε μια μαύρη τρύπα να καταστρέψει τη γη;
Οι μαύρες τρύπες δεν περιπλανούνται τριγύρω μόνες τους στο σύμπαν, και καταπίνουν τυχαία τους κόσμους. Ακολουθούν τους νόμους της βαρύτητας όπως και άλλα αντικείμενα στο διάστημα. Η τροχιά μιας μαύρης τρύπας θα πρέπει να είναι πολύ κοντά στο ηλιακό σύστημα για να επηρεάσει τη Γη, κάτι που δεν είναι πιθανό. Εάν μια μαύρη τρύπα με την ίδια μάζα με τον ήλιο αντικαταστήσει τον ήλιο, τότε η Γη δεν θα πέσει μέσα. Η μαύρη τρύπα με την ίδια μάζα με τον ήλιο θα είχε την ίδια βαρύτητα με τον ήλιο. Οπότε οι πλανήτες θα περιστρέφονταν γύρω από τη μαύρη τρύπα, όπως περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο τώρα.
Ο ήλιος μας θα μετατραπεί ποτέ σε μια μαύρη τρύπα;
Ο ήλιος δεν έχει αρκετή μάζα για να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα. Σε δισεκατομμύρια χρόνια, όταν ο ήλιος βρίσκεται στο τέλος της ζωής του, θα γίνει ένα ερυθρό γιγαντιαίο αστέρι. Στη συνέχεια, όταν έχει χρησιμοποιήσει (κάψει) το τελευταίο από τα καύσιμα του, θα εκτοξεύσει τα εξωτερικά του στρώματα και θα μετατραπεί σε ένα λαμπερό δακτύλιο αερίου που ονομάζεται πλανητικό νεφέλωμα. Τέλος, όλα όσα θα μείνουν από τον ήλιο θα είναι ένα αστέρι ψυχρού λευκού νάνου.
Πώς μελετά η NASA τις μαύρες τρύπες;
Η NASA μαθαίνει για μαύρες τρύπες χρησιμοποιώντας διαστημικά σκάφη όπως το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra, το δορυφόρο Swift και το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων-γ Fermi. Το Fermi ξεκίνησε το 2008 και παρατηρεί τις ακτίνες γάμμα – την πιο ενεργητική μορφή φωτός – σε αναζήτηση υπερβαρέων μαύρων οπών και άλλων αστρονομικών φαινομένων. Τα διαστημικά σκάφη, όπως αυτά βοηθούν τους επιστήμονες, να απαντούν σε ερωτήσεις σχετικά με την προέλευση, την εξέλιξη και τη μοίρα του σύμπαντος.
NASA
