Αστροφυσική, Διάστημα

Η ύλη πέφτει σε μια μαύρη τρύπα με το 30% της ταχύτητας του φωτός

Written by Δ.Μ.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Leicester παρατήρησαν για πρώτη φορά ότι η ύλη πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα με το 30% της ταχύτητας του φωτός. Για τον υπολογισμό της χρησιμοποίησαν δεδομένα από το παρατηρητήριο ακτίνων-Χ XMM-Newton του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Κινείται πολύ πιο γρήγορα από ό, τι είχε παρατηρηθεί προηγουμένως. Η υψηλή ταχύτητα είναι αποτέλεσμα μη ευθυγραμμισμένων δίσκων υλικού που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, οπότε η ύλη πέφτει κατευθείαν σε αυτήν και δεν πηγαίνει στους δίσκους συσσώρευσης γύρω της.

Share

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Leicester παρατήρησαν για πρώτη φορά ότι η ύλη πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα με το 30% της ταχύτητας του φωτός.  Για τον υπολογισμό της χρησιμοποίησαν δεδομένα από το παρατηρητήριο ακτίνων-Χ XMM-Newton του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος.  Κινείται πολύ πιο γρήγορα από ό, τι είχε παρατηρηθεί προηγουμένως. Η υψηλή ταχύτητα είναι αποτέλεσμα μη ευθυγραμμισμένων δίσκων υλικού που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, οπότε η ύλη πέφτει κατευθείαν σε αυτήν και δεν πηγαίνει στους δίσκους συσσώρευσης γύρω της.

disc structure from the simulation of a misaligned disc around a spinning black hole

Αυτή είναι η χαρακτηριστική δομή του δίσκου από την προσομοίωση ενός μη ευθυγραμμισμένου – παραμορφωμένου δίσκου γύρω από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα

Ο γαλαξίας όπου έγινε η μελέτη ονομάζεται PG211 + 143 και απέχει περίπου ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά από το ηλιακό μας σύστημα. Είναι ένας γαλαξίας Seyfert , που σημαίνει ότι είναι πολύ φωτεινός και έχει στο κέντρο του μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα (SMBH) 40 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Το υλικό που πέφτει στην μαύρη οπή από τους δίσκους συσσώρευσης προκαλεί μια ακτινοβολία υψηλής ενέργειας. Αλλά δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ υλικό που να πέφτει τόσο γρήγορα σε μια μαύρη τρύπα.

Οι μαύρες τρύπες ονομάζονται «μαύρες» επειδή έχουν τόσο ισχυρή βαρυτική δύναμη που ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει. Είναι ένα αντικείμενο έντονου πειραματικού και θεωρητικού ελέγχου εξαιτίας της μεγάλης σπουδαιότητάς τους στην αστρονομία και την αστροφυσική. Είναι έντονα ενεργητικοί και είναι τα πιο αποδοτικά αντικείμενα στην “εξόρυξη” ενέργειας από την ύλη. Και αποκτούν αυτή την ενέργεια από το αέριο που πέφτει στη μαύρη τρύπα.

Οι γαλαξίες, όπως ο PG211 + 143, και όπως ο δικός μας Γαλαξία μας, έχουν υπερβαρέες μαύρες τρύπες στο κέντρο τους. Αυτά τα τέρατα έχουν εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο μας. Μπορούν να γίνουν έντονα ενεργητικές όταν φτάνει αρκετή ύλη σε αυτές, και στη συνέχεια ονομάζονται ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες(AGN).

Galaxies-AGN-Inner-Structure

Η εσωτερική δομή ενός Ενεργού Γαλαξιακού Πυρήνα (AGN)

Οι μαύρες τρύπες υπερβαίνουν κατά πολύ τη μάζα του Ήλιου μας, αλλά είναι μικροσκοπικά, συμπαγή αντικείμενα. Περιβάλλονται από περιστρεφόμενους δίσκους αερίου, αλλά το μικρό μέγεθος της μαύρης τρύπας σημαίνει ότι το αέριο πέφτει μόνο αργά. Το μεγαλύτερο μέρος του αερίου περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, σιγά-σιγά και βαθμιαία σπειροειδώς εισέρχεται στην μαύρη οπή μέσω ενός δίσκου συσσώρευσης. Ένας δίσκος συσσώρευσης είναι μια ακολουθία κυκλικών τροχιών μειούμενου μεγέθους. Καθώς το αέριο πλησιάζει περισσότερο στη μαύρη τρύπα, επιταχύνεται και γίνεται ζεστό και φωτεινό. Έτσι οι μαύρες τρύπες μετατρέπουν την ύλη σε ενέργεια. Η έντονη βαρύτητα της οπής αναγκάζει το αέριο στο δίσκο να κινηθεί ολοένα και πιο γρήγορα, έως ότου αρχίσει να εκπέμπει ενέργεια.

Οι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι αυτοί οι δίσκοι αερίου ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους, όπως οι πλανήτες στην εκλειπτική του Ηλιακού μας συστήματος. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Νέφη αερίου και σκόνης μπορούν να πέσουν στη μαύρη τρύπα από οποιαδήποτε κατεύθυνση, οπότε δεν υπάρχει κανένας λόγος ότι αυτοί οι δίσκοι συσσώρευσης να μην είναι ευθυγραμμισμένοι. Το ερώτημα είναι, πώς οι δίσκοι που δεν έχουν ευθυγραμμιστεί επηρεάζουν την πτώση του αερίου σε μια μαύρη τρύπα;

Η ομάδα του Ken Pounds, από το Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Leicester, χρησιμοποίησαν το XMM-Newton για να εξετάσουν τα φάσματα ακτίνων Χ από τον γαλαξία  PG211 + 143. Διαπίστωσαν ότι τα φάσματα ήταν μετατοπισμένα προς το ερυθρό και η ύλη που παρατηρούσαν έπεφτε στη μαύρη τρύπα με περίπου 100.000 km / s ή περίπου το 30% της ταχύτητας του φωτός. Σε αστρονομικούς όρους η ύλη ήταν πολύ κοντά στην τρύπα. Η απόσταση από την οπή είναι μόνο 20 φορές μεγαλύτερη από την ίδια την τρύπα, και η ύλη είχε ελάχιστη περιστροφική ενέργεια.

Η δε θεωρητική εργασία συμφωνεί με αυτές τις παρατηρήσεις. Αυτή η εργασία δείχνει πως οι δακτύλιοι προσαύξησης του αερίου μπορούν να σπάσουν και να συγκρουστούν μεταξύ τους. Αυτό ακυρώνει την ταχύτητα περιστροφής του αερίου, επιτρέποντας έτσι στο αέριο να πέσει στη μαύρη τρύπα πολύ πιο γρήγορα. Αλλά μέχρι τώρα, δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ.

Ο Ken Pounds δήλωσε: «Ο γαλαξίας που παρατηρούμε με το XMM-Newton έχει μια μαύρη τρύπα 40 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών, η οποία είναι πολύ φωτεινή και προφανώς καλά τροφοδοτημένη. Πράγματι, πριν από περίπου 15 χρόνια, εντοπίσαμε έναν ισχυρό άνεμο που έδειχνε ότι η μαύρη τρύπα ήταν υπερβολικά τροφοδοτούμενη. Ενώ αυτοί οι άνεμοι βρίσκονται τώρα σε πολλούς ενεργούς γαλαξίες, στον PG1211 + 143 είδαμε για πρώτη φορά την ύλη να βυθίζεται απευθείας στην ίδια την μαύρη τρύπα”.

«Η ύλη που έπεφτε μέσα κάθε μέρα ήταν περίπου στο μέγεθος μιας Γης, καθώς έπεφτε προς τη μαύρη τρύπα, με μια ταχύτητα στο ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός προτού την καταπιεί η τρύπα», δήλωσε ο καθηγητής Pounds.

Η μελέτη όχι μόνο έβλεπε αυτή την εισροή ύλης υψηλής ταχύτητας σε μια μαύρη τρύπα, αλλά με αυτόν τον τρόπο έριξε φως σε ένα άλλο μυστήριο στην αστρονομία. Στο πρώιμο σύμπαν, οι μαύρες τρύπες απέκτησαν γρήγορα πολύ μεγάλες μάζες, αλλά ποτέ δεν ήταν ξεκάθαρο το γιατί. Οι μη ευθυγραμμισμένοι δίσκοι και η χαοτική πρόσκρουση της ύλης θα μπορούσαν να ευθύνονται για τις ταχέως αναπτυσσόμενες μαύρες τρύπες στις πρώτες μέρες του σύμπαντος.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share