Τρεις ανακοινώσεις στο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας

1. Το Chandra συνδέει pulsar με ένα ιστορικό υπερκαινοφανή.
2. Νέα ανακάλυψη διπλού συστήματος
3. Νέα στοιχεία για τον ορίζοντα γεγονότων των μαύρων οπών

Από σελίδα της NASA και του SciNews 11-Ιανουαρίου-2001

1. Το Chandra συνδέει pulsar με ένα ιστορικό υπερκαινοφανή.

Τα νέα στοιχεία από το παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων-X της NASA δείχνουν ότι ένα γνωστό pulsar αντιστοιχεί (βρίσκεται πλησίον) με το  σουπερνόβα που εξερράγη το 386μ.Χ., μια αστρική έκρηξη που βεβαιώνεται από τους αρχαίους κινέζους αστρονόμους. Εάν επιβεβαιωθεί αυτή η ταύτηση, αυτό θα είναι το δεύτερο γνωστό μόνο   pulsar που είναι συνδεδεμένο σαφώς με ένα ιστορικό γεγονός.
Επίσης με την ανακάλυψη αυτή μπορεί οι αστρονόμοι να μάθουν την ακριβή ημερομηνία γεννήσεως του pulsar -- που αποτελεί μιά σπάνια ευκαιρία, και θα μπορούσε έτσι να αναγκάσει τους αστρονόμους να ξαναυπολογίσουν τις ηλικίες των αστέρων νετρονίων.

Πάνω:Αυτή η εικόνα που λήφθηκε από τον Chandra εντοπίζει σαφώς ένα pulsar ακριβώς στο γεωμετρικό κέντρο του υπόλοιπου τμήματος του  σουπερνόβα γνωστού ως G11.2-0.3. [Για  περισσότερες πληροφορίες δείτε τη σελίδα του Chandra]

Κατά προσέγγιση στα προηγούμενα 2.000 έτη, έχουν αρχειοθετηθεί λιγότερες από 10 αναφορές των πιθανών supernova, συνήθως από Ασιατικούς αστρονόμους. Μέχρι τώρα το Nεφέλωμα Crab είναι το μόνο pulsar του οποίου η γέννηση συνδέεται με ένα ιστορικό γεγονός, συγκεκριμμένα το σουπερνόβα του 1054 μΧ, που το κάνει να είναι ο μόνος αστέρας νετρονίων που έχει επιβεβαιωμένη ηλικία.

"Ο καθορισμός των αληθινών ηλικιών των αστρονομικών αντικειμένων είναι εμφανώς δύσκολος," λέει η Victoria Kaspi του Πανεπιστημίου McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά, "και για αυτόν τον λόγο, τα ιστορικά αρχεία του σουπερνόβα είναι μεγάλης σπουδαιότητας."

Η Kaspi και οι συνάδελφοι της, που παρουσίασαν τα αποτελέσματά τους στις 10 Ιανουαρίου 2001 στην συνεδρίαση των μελών της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνιας, χρησιμοποίησαν τον Chandra για να εντοπίσουν pulsar ακριβώς στο γεωμετρικό κέντρο του εναπομείναντος τμήματος του σουπερνόβα γνωστού ως G11.2-0.3. Αυτή η θέση παρέχει πολύ ισχυρά στοιχεία ότι το pulsar, ένα αστέρι νετρονίων που περιστρέφεται 14 φορές ανά δευτερόλεπτο, διαμορφώθηκε από το σουπερνόβα του  386 μΧ, καθιστώντας το έτσι ηλικίας 1.615 ετών.

Τα πάλσαρ είναι μικρού μεγέθους και μεγάλης πυκνότητας περιστρεφόμενοι αστέρες, οι οποίοι αποτελούν τα απομεινάρια αστρικών εκρήξεων και ακτινοβολούν στο Διάστημα, με περιοδικό τρόπο. Ακόμη πυκνότεροι τέτοιοι αστέρες μπορούν να γίνουν τελικά μαύρες τρύπες.

Επειδή τα pulsars, μόλις διαμορφωθούν, κινούνται μακρυά από την περιοχή της έκρηξης του supernova, η  δυνατότητα του Chandra να επισημάνει το pulsar στο κέντρο του εναπομείναντος τμήματος υπονοεί πως το σύστημα πρέπει να είναι πολύ νέο.

"Πιστεύουμε ότι το pulsar και το υπόλοιπο  τμήμα του σουπερνόβα G11.2-0.3 είναι και το δύο πιθανό να είναι απομεινάρια της έκρηξης που παρατηρήθηκε από τους Κινέζους παρατηρητές, πάνω από 1.600 έτη πριν," είπε η Mallory Roberts του Πανεπιστημίου McGill. "Ενώ αυτό είναι από μόνο του συναρπαστικό, θέτει επίσης νέες ερωτήσεις για αυτά που ξέρουμε για τα pulsars, ειδικά κατά τη διάρκεια των infancies τους."

Αυτές οι ερωτήσεις για τα pulsars προέκυψαν όταν η ερευνητική ομάδα του Ιαπωνικού Προηγμένου Δορυφόρου για την Κοσμολογία και την Αστροφυσική (ASCA) εφάρμοσε τον σημερινό ρυθμός περιστροφής στα τρέχοντα πρότυπα (models) για να καθορίσει την κατ' εκτίμηση διάρκεια ζωής του   pulsar και το σύγκρινε με την ηλικία του   G11.2-0.3. Το αποτέλεσμα ήταν μια ηλικία για το pulsars κατά προσέγγιση 24.000 ετών -- χρονικά πολύ μακριά από το έτος γέννησης 386μΧ.

Για να εξηγήσει αυτήν την αντίφαση, η ομάδα του Chandra υποστηρίζει ότι αυτό το pulsar μπορεί να είχε τότε στη γέννησή του περίπου τον ίδιο ρυθμό περιστροφής όπως σήμερα.  Εάν αυτό είναι αληθινό, αυτό θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στη συμβατική γνώση σχετικά με τα pulsars, τα οποία μπορούν να περιστρέφονται πιό αργά από ότι  προηγουμένως τα αναμενόμενα.

Αριστερά: Αυτή η εικόνα Chandra αποκαλύπτει νέο pulsar μέσα στο νεφέλωμα Crabs, το υπόλοιπο μιας σουπερνόβας που οι κινεζικοί αστρονόμοι είδαν στην του 1054μΧ [περισσότερες πληροφορίες δείτε στη σελίδα του Chandra]

Ανάμεσα στα μέσα του Απριλίου και του Μαϊου στο έτος 386μΧ, η ξαφνική εμφάνιση ενός νέου αστεριού, πιθανώς ένα σουπερνόβα, καταγράφηκε από τους Κινέζους παρατηρητές στην κατεύθυνση του ουρανού γνωστού τώρα ως αστερισμός Sagittarius.
Στη δεκαετία του '70, οι ραδιο-αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα εκτεταμένο νεφέλωμα αερίου και υψηλής ενέργειας σωματιδίων, αποκαλούμενο G11.2-0.3, που θεωρείται πως αποτελεί το υπόλοιπο εκείνης της έκρηξης.
Το 1997, μια ομάδα αστρονόμων των ακτίνων X χρησιμοποίησε τον δορυφόρο ASCA για να ανακαλύψει ένα pulsar στην ίδια περιοχή του ουρανού.

Ο Chandra παρατήρησε τον G11.2-0.3 με τον προηγμένο φασματόμετρο απεικόνισης CCD που διαθέτει σε δύο χρονικά σημεία: Στις 6 Αυγούστου 2000, και στις 15 Οκτωβρίου του 2000, για περίπου 20.000 και 15.000 δευτερόλεπτα αντίστοιχα.

2. Νέα ανακάλυψη διπλού συστήματος

Στο ίδιο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας ανακοινώθηκε από Βρεττανούς επιστήμονες του Jodrell Bank Observatory, ότι ανακάλυψαν ένα διπλό σύστημα το οποίο πιστεύουν ότι αποτελείται από ένα πάλσαρ και μία μαύρη τρύπα. Τέτοιο σύστημα δεν έχει ξαναβρεθεί, και η ανακάλυψή του μπορεί να θεωρηθεί εξαιρετική ευκαιρία για να μελετηθούν θεωρίες που αφορούν σε θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής.

Συστήματα που αποτελούνται από πάλσαρ και μαύρη τρύπα είναι πολύ ασυνήθιστα, και αυτό που ανακαλύφθηκε βρίσκεται κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας και φέρει το όνομα PSR J1740-3052.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν το εν λόγω πάλσαρ κατά τακτά χρονικά διαστήματα και διαπίστωσαν παραλλαγές στους χρόνους άφιξης των φωτεινών σημάτων που προέρχονται από αυτό. Οι παραλλαγές αποδόθηκαν σε έναν «αόρατο» συνοδό του πάλσαρ με μάζα αρκετά μεγάλη, ώστε να πιστεύεται ότι είναι μαύρη τρύπα.

3. Νέα στοιχεία για τον ορίζοντα γεγονότων των μαύρων οπών

Οι επιστήμονες δεν θα δουν ποτέ μια μαύρη τρύπα -- όχι μόνο η ύλη που βρίσκεται δίπλα της -καταπίνεται από αυτήν, αλλά ακόμη και το φως δεν μπορεί να διαφύγει όταν διέρχεται από κοντά της. Στις 11 Ιανουαρίου όμως ανήγγειλαν στο συνέδριο της Αστρονομικής Εταιρείας νέες ενδείξεις του αποκαλούμενου ορίζοντα γεγονότων, το σημείο μη επιστροφής από την έλξη μιας μαύρης τρύπας.

Οι περισσότεροι αστρονόμοι έχουν θεωρήσει για δεκαετίες ότι οι μαύρες τρύπες υπάρχουν αλλά λόγω της ίδιας της φύσης τους, η φυσική απόδειξη της ύπαρξής τους είναι δύσκολο να έρθει.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν  τόσο το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA  όσο και το παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων X, για να θέσουν το ζήτημα από διαφορετικές κατευθύνσεις, και να πάρουν έτσι  συνδυασμένα στοιχεία για τον ορίζοντα γεγονότων, ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό γνώρισμα των μαύρων τρυπών,πέρα από τον οποίο εξαφανίζεται η ύλη. Ένας ορίζοντας γεγονότος δηλαδή είναι η μυστήρια περιοχή που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα που παγιδεύει για πάντα το φως και την ύλη που προσεγγίζει κοντά της. Εξ ορισμού, κανένα αστρονομικό αντικείμενο εκτός από μια μαύρη τρύπα δεν μπορεί να έχει ορίζοντα γεγονότων.

Οι μαύρες τρύπες έχουν προκύψει με την παρατήρηση του τρομακτικού στροβιλισμού του παγιδευμένου αερίου και τον υπολογισμό πόσης μάζας στοιβάζεται στη μικροσκοπική περιοχή του διαστήματος που η μαύρη τρύπα καταλαμβάνει.

Επίσης, οι προηγούμενες παρατηρήσεις με ακτίνες-X έχουν προσφέρει τα στοιχεία εκείνα για έναν ορίζοντα γεγονότος, με την έρευνα των υποψηφίων μαύρων τρυπών που φαίνονται σχεδόν να καταπίνουν εκατοντάδες φορές περισσότερη ενέργεια από όση ενέργεια ακτινοβολούν. Εκείνα τα αποτελέσματα που πήραμε υπονοούν ότι το αέριο τρισεκατομμύριων βαθμών Kelvin  πέφτει πέρα από το χείλος ενός ορίζοντα γεγονότος, όπως το ύδωρ πέφτει πέρα από την άκρη ενός καταρράκτη.

Αλλά κανένας δεν έχει δει πάντα τι συμβαίνει πραγματικά σε ένα κομμάτι της ύλης που στροβιλίζεται στον ορίζοντα γεγονότος, όπως το νερό σε μια καταβόθρα. Το μυστικό ήταν καλά φυλαγμένο την περασμένη δεκαετία με τα παλαιά στοιχεία του Hubble που εξετάστηκαν λεπτομερώς.

Τώρα ο Joseph Dolan της NASA και οι συνάδελφοί του στο Kέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard χρησιμοποίησαν τον Hubble για να εξετάσουν τι συνέβη στους παλμούς του υπεριώδους φωτός (UV) που παράγονται από τις φυσαλίδες του καυτού αερίου καθώς αυτές στροβιλίζονται γύρω από ένα μεγάλο, ογκώδες ουράνιο αντικείμενο που αποκαλείται Cygnus XR-1.

Οι παλμοί UV εξασθένισαν ομαλά καθώς έφτασαν πιό κοντά στο αντικείμενο Cygnus και τότε χάθηκαν μονομιάς. Εάν το αντικείμενο ήταν οτιδήποτε άλλο εκτός από μια μαύρη τρύπα -- λόγου χάριν ένα λεπτό άστρο νετρονίων που ξέφυγε από μια αστρική έκρηξη -- οι παλμοί πιθανώς θα είχαν λάμψει καθώς το αέριο θα ερχόταν σε επαφή με τον Cygnus.

Λόγω της βαρυτικής παραμόρφωσης του φωτός (το φαινόμενο καλείται redshift ή μετατόπιση του ερυθρού), ο παλμός εξαφανίστηκε από την θέα του Hubble προτού να φθάσει πραγματικά στον ορίζοντα γεγονότος. Ο παλμός της σταγόνας -- μια επίδραση προκαλούμενη από την έντονη βαρύτητα της μαύρης τρύπας -- επίσης βράχυνε καθώς έπεφτε πιό κοντά στον ορίζοντα γεγονότος.

Δυναμικά πρότυπα προβλέπουν ότι αέριο από τον αστέρα νετρονίων που βρίσκεται δίπλα στον Cygnus XR-1, συνεχώς προσεγγίζει στη μαύρη τρύπα. Το αέριο δεν μπορεί να πέφτει άμεσα μέσα, αλλά αντ' αυτού στροβιλίζεται σε ένα επίπεδο δίσκο που καλλείται δίσκος προσαύξησης. Η τριβή στον δίσκο προσαύξησης αναγκάζει το αέριο να κινηθεί σπειροειδώς προς τον ορίζοντα γεγονότος.

Περίπου 1.000 μίλια επάνω από τον ορίζοντα γεγονότος (στην περίπτωση των αστρικών -μαζικών μαύρων τρυπών), ο δίσκος προσαύξησης εξαφανίζεται επειδή το αέριο δεν μπορεί πλέον να διατηρήσει μια σταθερή τροχιά. Αυτό οφείλεται στο σύρσιμο του χωρόχρονου από το έντονο βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας.

Αντ' αυτού, οι σταγόνες του καυτού αερίου διακόπτουν (ξεχωρίζουν) από το εσωτερικό πλαίσιο του δίσκου, όπως τα παγόβουνα από ένα τεράστιο κομμάτι πάγου. Η σταγόνα κινείται σπειροειδώς έπειτα προς τον ορίζοντα γεγονότος.

Λόγω των βαρυτικών επιδράσεων στο φως κοντά στην περιοχή της μαύρης τρύπας, η σταγόνα του αερίου εμφανίζεται να κυμαίνεται - πάλλεται δεδομένου ότι κάνει χιλιάδες τροχιών γύρω από τη μαύρη τρύπα κάθε δευτερόλεπτο. Όταν πέφτει μέσα στο δίσκο προσαύξησης, το μήκος του φωτός αυξάνει ολοένα και πιό γρήγορα λόγω της στρέβλωσης του χωρό-χρονου από την έντονη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.

Οι εξασθενίζοντας παλμοί των υπεριωδών ακτίνων, δείχνουν άμεσα την παρουσία ενός ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, είπε ο Dolan σε δημοσιογράφους σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Σαν Ντιέγκο.

"Αν αυτό το γεγονός ήταν μια δικαστική υπόθεση, θα είχαμε αρκετά στοιχεία για να ενοχοποιήσουμε την ύπαρξη μια μαύρης τρύπας σε μια αστική υπόθεση, όπου λαμβάνουμε υπόψιν τα στοιχεία των γεγονότων" είπε ο Dolan. "Αλλά όμως αυτό το αντικείμενο θα ήταν ακόμα αθώο σε μια εγκληματική περίπτωση, όπου τα στοιχεία που λαβαίνουμε υπόψιν μας πρέπει να είναι αναμφισβήτητα", συνέχισε.

Ο Dolan αφού ερεύνησε την τεράστια συλλογή δεδομένων του Hubble των δέκα τελευταίων χρόνων, βρήκε δύο παραδείγματα των γεγονότων πτώσεων. Ένα γεγονός είχε έξι παλμούς αποσύνθεσης και το άλλο είχε επτά παλμούς. Οι παλμοί εκτάθηκαν για ένα διάστημα μόνο 0,2 δευτερολέπτων προτού να εξαφανιστεί για πάντα η σταγόνα από την θέα του Hubble.

Οι επιστήμονες τώρα που εργάζονται με το παρατηρητήριο Chandra εξέτασαν τις ακτίνες X που προέρχονται από δώδεκα εξωτικά αστρονομικά αντικείμενα αποκαλούμενα novae των ακτίνων X, τα οποία εκρήγνυνται περιστασιακά στην περιοχή των ακτίνων X και μετά ησυχάζουν για δεκαετίες.

Η επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε για την έρευνά της το ευαίσθητο ψηφιακό φασματόμετρο Advance CCD Imaging Spectrometer (ACIS), το οποίο βρίσκεται τοποθετημένο πάνω στο Chandra, με χρόνο έκθεσης για το κάθε αστρονομικό αντικείμενο από 10.000 έως 40.000 δευτερόλεπτα.

Η πρωτότυπη αυτή έρευνα στηρίχτηκε στη συγκριτική ανάλυση των δεδομένων που προέρχονται από τις μαύρες τρύπες και τους αστέρες νετρονίων (αντικείμενα με επίσης τεράστια βαρυτική έλξη και συμπυκνωμένη ύλη αλλά με εμφανή επιφάνεια).

Εάν το άστρο που υπέστη βαρυτική κατάρρευση είναι αστέρας νετρονίων, τα αέρια που έλκονται από τα ισχυρά βαρυτικά πεδία και περνούν τον ορίζοντα γεγονότων προσκρούουν στην επιφάνεια του αστέρα παράγοντας έντονη λάμψη ακτίνων Χ, ενώ αντίθετα τα αέρια που «πέφτουν» μέσα στη μαύρη τρύπα δεν συναντούν στερεά επιφάνεια, με αποτέλεσμα να μην παράγουν λάμψη.

Novae Τα παράξενα αντικείμενα

Ήξεραν ότι τα μισά από αυτά τα αντικείμενα-novae ήταν αστέρες νετρονίων και υπέθεταν πως τα άλλα μισά ήταν μαύρες τρύπες. Από αυτά όμως τα 12 αντικείμενα, βρήκαν πως τα πέντε είναι αστέρες νετρονίων και τα τέσσερα  πιθανές μαύρες τρύπες που συγκέντρωναν σχεδόν  το ίδιο ποσό ενέργειας.

Ακόμα και όταν ησύχαζαν, οι αστέρες νετρονίων εξέπεμπαν 100-πλάσια ενέργεια από ό,τι οι θεωρούμενες μαύρες τρύπες, είπε ο Michael Garcia του Χάρβαρντ- Smithsonian Center for Astrophysic. "Αυτό είναι λίγο περίεργο για να πούμε ότι έχουμε ανακαλύψει κάτι, σε σχέση με το να μην έχουμε δει σχεδόν τίποτα.  Αλλά στην ουσία αυτό είναι που έχουμε κάνει."

Ο συνάδελφος του, ο Ramesh Narayan παρομοίασε τον ορίζοντα γεγονότων με έναν καταρράκτη. Στέκοντας πάνω από το νερό που πέφτει, φαίνεται ότι το νερό εξαφανίζεται, ακριβώς όπως φαίνεται ότι η ύλη εξαφανίζεται, όταν αυτή διασχίζει το μονόδρομο φράγμα που είναι γνωστό ως ορίζοντας γεγονότων, προς το κέντρο της μαύρης τρύπας.

"Βλέποντας ακριβώς αυτό το μικροσκοπικό ποσό της ενέργειας να διαφεύγει από τις πηγές των μαύρων τρυπών συμπεραίνουμε ότι αυτά τα αντικείμενα (novae) έχουν ορίζοντες γεγονότων και επομένως είναι μαύρες τρύπες."