Καινούργιο φως ρίχνεται στις μαύρες τρύπες

Από σελίδα του PhysicsWeb 8 Νοεμβρίου 2001

Οι νέες παρατηρήσεις των ακτίνων-X και του ορατού φωτός που εκπέμπονται από την ύλη που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα, μπορούν να μεταβάλουν τις υπάρχουσες θεωρίες για τις περιοχές που περιβάλλουν τις μαύρες τρύπες.  Ο Henk Spruit του Ινστιτούτου για την αστροφυσική Max Planck στη Γερμανία και συνάδελφοι του θεωρούν ότι - σε αντίθεση με την υπάρχουσα θεωρία - το ορατό φως που αυτοί παρατήρησαν είναι ακτινοβολία σύγχροτρον, που προέρχεται από μια περιοχή του δίσκου   προσαύξησης περίπου 20.000 km από τη μαύρη τρύπα. Είναι η πρώτη φορά, εδώ και 20 έτη, που ακτίνες-X και ορατό φως από το δίσκο προσαύξησης, γύρω από μια μαύρη τρύπα, που έχουν παρατηρηθεί ταυτόχρονα (Nature, 2001 414 180).

Οι μαύρες τρύπες είναι δύσκολο να μελετηθούν επειδή η βαρύτητά τους είναι τόσο ισχυρή που ακόμη και το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει από εκεί. Αλλά το αέριο και η σκόνη έλκονται προς την μαύρη τρύπα, στροβιλίζομενα γύρω από αυτήν, μέσα σε έναν επίπεδο "δίσκο προσαύξησης" προτού αυτά να απορροφηθούν μέσα στην μαύρη τρύπα - ενώ τα σωματίδια σε αυτόν τον δίσκο, πυρακτώνονται επειδή θερμαίνονται λόγω της τριβής.
Αυτή η ακτινοβολία μας επιτρέπει να μελετήσουμε τη δομή και το σχηματισμό του δίσκου, και μπορεί να μας αποκαλύψει επίσης πληροφορίες σχετικά με την ύπαρξη και τις ιδιότητες της ίδιας μαύρης τρύπας.

Ο Spruit και οι συνάδελφοι του παρατήρησαν τις ακτίνες-X και το ορατό φως από τον δίσκο, γύρω από τη μαύρη τρύπα που λέγεται XTE J118+480. Διαπίστωσαν ότι η ένταση και των δύο σημάτων μεταβαλλόταν περιοδικά, αλλά κάθε οπτικό σήμα, καθυστερούσε από το αντίστοιχο σήμα των ακτίνων-X μέχρι και μισό δευτερόλεπτο.

Ο Spruit και οι συνάδελφοι του αρχικά σκέφτηκαν ότι η γνωστή επίδραση "της επανεπεξεργασίας των ακτίνων-X ", θα μπορούσε να εξηγήσει τις παρατηρήσεις τους. Σε αυτήν την διαδικασία, οι ακτίνες-X από την εσωτερική πλευρά του δίσκου προσαύξησης, θερμαίνουν το αέριο και τη σκόνη στην εξωτερική άκρη του δίσκου, κάνοντας έτσι αυτήν να εκπέμψει το ορατό φως. Αλλά η ομάδα το απόκλεισε αυτό, όταν διαπίστωσαν ότι το οπτικό σήμα άλλαζε την ένταση του κάθε λίγες δεκάδες msec, ενώ η ένταση των ακτίνων X άλλαζε μόνο κάθε λίγα δευτερόλεπτα.

Οι ερευνητές μελέτησαν τις διακυμάνσεις στην ένταση του ορατού φωτός για να καθορίσουν το μέγεθος της περιοχής που το εξέπεμψε. Δεδομένου ότι η ένταση άλλαζε σημαντικά, σε χρονοδιαστήματα περίπου εκατό χιλιοστών του δευτερολέπτου, η περιοχή που παρήγαγε το φως δεν θα μπορούσε να είναι μεγαλύτερη από την απόσταση που διανύει το φως σε εκείνον τον χρόνο - δηλαδή περίπου 30.000 χιλιόμετρα.

Για να προτείνουν μια εναλλακτική λύση αντί της επανεπεξεργασίας, ο Spruit και οι συνάδελφοι του συνδύασαν την εκτίμηση του μεγέθους της περιοχής που εκπέμπει την ακτινοβολία, με τις μετρήσεις της φωτεινότητας του ορατού φωτός. Οι υπολογισμοί τους, τους οδήγησαν να προτείνουν ότι το φως είναι   ακτινοβολία κυκλοσύγχροτρον - ακτινοβολία που παράγεται από τα φορτισμένα σωματίδια που επιταχύνονται σε μια κυκλική τροχιά, από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Σύμφωνα με την ομάδα, η δύναμη του μαγνητικού πεδίου σε απόσταση περίπου 20.000 km από τη μαύρη τρύπα, θα παρήγε το φως στη φωτεινότητα που παρατήρησαν.