Περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα: τρισδιάστατη όψη

Προηγμένοι υπερυπολογιστές έχουν προσομοιώσει τους εξαιρετικά ισχυρούς πίδακες ενέργειας που πηγάζουν από νέφος αερίων έξω από τις μαύρες τρύπες, τα πιό εξωτικά και ισχυρά αντικείμενα στον κόσμο.

"Αυτή η έρευνα μας βοηθά να ξεκλειδώσουμε τα μυστήρια των περιστρεφόμενων μαύρων τρυπών και επιβεβαιώνει ότι η περιστροφή τους παράγει πραγματικά ισχυρή έξοδο" είπε ο Δρ Δαβίδ Meier, ένας αστροφυσικός στο Jet Propulsion Laboratory της NASA, στην Πασαντένα της Καλιφόρνιαςf. Ο Meier που είναι συντάκτης ενός εγγράφου που θα εμφανιστεί στο περιοδικό Science. Ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας είναι ο Δρ Shinji Koide του Πανεπιστημίου του Toyama στην Ιαπωνία.

Μια μαύρη τρύπα είναι ένα αντικείμενο τόσο πυκνό και ισχυρό που τίποτα, ακόμη και το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει. Μια μαύρη τρύπα καταπίνει αστέρια και άλλα υλικά που την πλησιάζει, συμπεριλαμβανομένων κι άλλων μαύρων τρυπών. Αυτά τα περίεργα αντικείμενα διαμορφώνουν με έναν από δύο τρόπους - όταν καταρρέει ένα αστέρι που φθάνει στο τέλος του, ή όταν καταρρέουν μαζί πολλά αστέρια και μαύρες τρύπες στο κέντρο ενός γαλαξία, όπως ο Γαλαξίας μας.

Και οι δύο τύποι μαύρων τρυπών μπορούν να περιστραφούν πολύ γρήγορα, σέρνοντας μαζί τους τον χώρο γύρω από αυτές. Όταν κάποιο υλικό πέφτει μέσα σε αυτές, στροβιλίζεται και 'αγωνίζεται' άγρια πρίν η μαύρη τρύπα καταπιθεί. Οι αστρονόμοι έχουν βεβαιώσει αυτήν την βία, συμπεριλαμβανομένης και της εκτίναξης των πιδάκων ενέργειας, με τις  παρατηρήσεις ραδιο-ακτίνων και ακτίνων-X, αλλά δεν είναι ικανοί να δουν την ίδια την μαύρη τρύπα.

"Δεν μπορούμε να ταξιδεψουμε σε μια μαύρη τρύπα, και δεν μπορούμε να τις κάνουμε μέσα στο εργαστήριο, έτσι χρησιμοποιήσαμε τους υπερυπολογιστές," λέει ο Meier. Αυτή η διαδικασία προσομοίωσης είναι παρόμοια με τις τεχνικές που προβλέπουν τον καιρό, οι οποίες δημιουργούν animation για το πώς αναμένονται να κινηθούν τα σύννεφα, βασισμένες στις τρέχουσες δορυφορικές παρατηρήσεις και τη γνώση για τα φαινόμενα γύρω από τη γήινη ατμόσφαιρα και τα φαινόμενα της βαρύτητας. Με τον ίδιο σχεδόν τρόπο, οι επιστήμονες συνδύασαν τα στοιχεία για το πλάσμα που στροβιλίζεται γύρω σε μια μαύρη τρύπα, γνωρίζοντας για το πώς η βαρύτητα και τα μαγνητικά πεδία θα επιδράσουν πάνω σε αυτά.

"Έχουμε διαμορφώσει μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα με το μαγνητισμένο πλάσμα που πέφτει μέσα σε αυτήν", λέει ο Koide. "Μιμηθήκαμε τον τρόπο που το μαγνητικό πεδίο εκμεταλλεύεται την ενέργεια από την περιστροφή της μαύρης τρύπας."

"Σε αυτήν την περίπτωση, πίδακες καθαρής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας εκτινάσσονται από το μαγνητικό πεδίο κατά μήκος των πόλων (Βορρά και Νότου) της μαύρης τρύπας," προσθέτει ο Meier. "Οι πίδακες περιέχουν ενέργεια ισοδύναμη με τη δύναμη του ήλιου, πολλαπλασιασμένη δέκα δισεκατομμύρια φορές και αυξανόμενη έπειτα κατά ένα δισεκατομμύριο φορές."

Αυτός ο πίδακας της ενέργειας είναι ένα φαινόμενο που έχει προβλεφθεί από τον καθηγητή Roger Blandford του CalTech (Τεχνολογικού Ιδρύματος της Καλιφόρνιας) στην Πασαντένα, και του συναδέλφου του, Roman Znajek, στη δεκαετία του '70, αλλά η νέα προσομοίωση υπολογιστών επιβεβαιώνει εκείνη την πρόβλεψη. Η πιό πρόσφατη έρευνα πραγματοποιήθηκε στα τέλη του 2001 χρησιμοποιώντας τους υπερυπολογιστές στο Εθνικό Ίδρυμα της Ιαπωνίας για την Επιστήμη της Τήξης.

Οι επιστήμονες έχουν θεωρητικολογήσει για την ύπαρξη των μαύρων τρυπών από τον 18ο αιώνα και προσδιορίστηκαν  τα αντικείμενα που παράγουν τους πίδακες στα κέντρα των γαλαξιών από την αρχή των δεκαετιών του 20ου αιώνα. Στη δεκαετία του '60, οι επιστήμονες διερεύνησαν τη δυνατότητα ότι αυτά τα αντικείμενα που εκπέμπουν τους πίδακες ήταν υπερογκώδεις μαύρες τρύπες μεταξύ του ενός εκατομμυρίου και αρκετών δισεκατομμυρίων φορές βαρύτερων από τον ήλιό μας.

Στη δεκαετία του '90, ανακαλύφθηκε ότι τέτοιοι πίδακες επίσης εκτινάσσονται από τις πολύ μικρότερες μαύρες τρύπες στα διπλά συστήματα των αστεριών. Μια μαύρη τρύπα δέκα φορές όση είναι ο ήλιος μας, μπορεί να διαμορφωθεί όταν το κέντρο ενός αστεριού που πεθαίνει, 20 έως 30 φορές τη μάζα του ήλιου μας, καταρρέει στο ίδιο τον εαυτό του. Αυτό δημιουργεί ένα μικροσκοπικό αντικείμενο, μήκους μόνο μερικά χιλίομετρα, με ένα έντονο πεδίο βαρύτητας. Ο άλλος υπερμεγέθης τύπος μαύρης τρύπας διαμορφώνεται όταν καταρρέουν μαζί πολλά αστέρια και μαύρες τρύπες στο κέντρο ενός γαλαξία.