Ηχητικά κύματα από μαύρη τρύπα

Από σελίδα της NASA, 9 Σεπτεμβρίου 2003

Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το παρατηρητήριο των ακτίνων X Chandra της NASA έχουν βρει, για πρώτη φορά, να εκπέμπονται ηχητικά κύματα από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Η "νότα" είναι η χαμηλότερη που έχει ανιχνευτεί ποτέ από οποιοδήποτε αντικείμενο στον Κόσμο μας. Τα τεράστια ποσά ενέργειας που μεταφέρονται από αυτά τα ηχητικά κύματα μπορούν να λύσουν ένα υφιστάμενο από παλιά πρόβλημα στην αστροφυσική.

Η μαύρη τρύπα βρίσκεται στο σμήνος των γαλαξιών του Περσέα, που βρίσκεται 250 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Το 2002, οι αστρονόμοι έκαναν μια παρατήρηση με το Chandra σε μεγάλο βάθος που έδειξε κυματώσεις στο αέριο που βρισκόταν μέσα στο σμήνος. Αυτές οι κυματώσεις είναι αποδείξεις για τα ηχητικά κύματα που έχουν ταξιδέψει εκατοντάδες χιλιάδες ετών φωτός μακριά από την κεντρική μαύρη τρύπα του σμήνους.

Οι προηγούμενες παρατηρήσεις είχαν αποκαλύψει καταπληκτικά ποσά φωτός και θερμότητας που δημιουργήθηκαν από τις μαύρες τρύπες. "Τώρα έχουμε ανιχνεύσει και τον ήχο τους," λέει ο Andrew Fabian του Ινστιτούτου της Αστρονομίας στο Κέιμπριτζ της Αγγλίας, και επικεφαλής της μελέτης.

Σε μουσικούς όρους, το βάθος του ήχου που παράγεται από τη μαύρη τρύπα μεταφράζει στη νότα Β ύφεση. Αλλά, ένας άνθρωπος δεν θα είχε καμία πιθανότητα να την ακούσει επειδή αυτή η νότα είναι 57 οκτάβες χαμηλότερες από τη μεσαία-C. Για σύγκριση, ένα χαρακτηριστικό πιάνο βγάζει μόνο περίπου επτά οκτάβες. Για μια συχνότητα πάνω από ένα εκατομμύριο δισεκατομμυρίων φορές βαθύτερη από τα όρια της ανθρώπινης ακοής, αυτή είναι η βαθύτερη νότα που έχει ανιχνευτεί ποτέ από ένα αντικείμενο στο Σύμπαν.

"Τα ηχητικά κύματα από τον Περσέα είναι κάτι πολύ περισσότερο από ένα ήχο της μαύρης τρύπας," λέει ο Steve Allen, επίσης του Ινστιτούτου της Αστρονομίας και ένας από τους συμμετέχοντες στην έρευνα. "Αυτά τα ηχητικά κύματα μπορούν να είναι το κλειδί στον υπολογισμό του πώς τα σμήνη των γαλαξιών, που είναι οι μεγαλύτερες δομές στο Σύμπαν, αυξάνονται."

Για χρόνια οι αστρονόμοι έχουν προσπαθήσει να καταλάβουν γιατί υπάρχει τόσο πολύ καυτό αέριο στα σμήνη των γαλαξιών και τόσο λίγο ψυχρό αέριο. Το καυτό αέριο, που λάμπει αν ειδωθεί με τις ακτίνες X, οφείλει να ψύχεται επειδή οι ακτίνες X μεταφέρουν κάποια από την ενέργεια των αερίων. Το πυκνό αέριο κοντά στο κέντρο του σμήνους, εκεί όπου η εκπομπή των ακτίνων X είναι φωτεινότερη, πρέπει να ψύχεται ακόμα γρηγορότερα. Καθώς το αέριο ψύχεται, λένε οι ερευνητές, η πίεση πρέπει να μειωθεί, εμποδίζοντας το αέριο από την περαιτέρω βύθιση του προς το κέντρο. Τρισεκατομμύρια αστεριών πρέπει να σχηματίζονται με αυτές τις αεριώδεις ροές.

Αλλά έχουν βρεθεί πενιχρές αποδείξεις για τις ροές του ψυχρού αερίου ή για το σχηματισμό των αστεριών. Αυτό ανάγκασε τους αστρονόμους να εφεύρουν αρκετούς διαφορετικούς τρόπους για να εξηγηθεί πώς το αέριο που περιέχεται στα σμήνη παρέμεινε καυτό. Καμιά όμως από αυτές τις εξηγήσεις δεν ήταν ικανοποιητική.

Τα ηχητικά κύματα των μαύρων οπών, εντούτοις, μπορεί να κάνουν τη διαφορά.

Οι προηγούμενες παρατηρήσεις από το Chandra του σμήνους του Περσέα αποκαλύπτουν δύο τεράστιες κοιλότητες, σαν φυσαλίδες, που διαστέλλονταν μακριά από την κεντρική μαύρη τρύπα. Αυτές οι κοιλότητες έχουν σχηματιστεί με πίδακες υλικού που σπρώχνουν πίσω το αέριο του σμήνους. Οι πίδακες, που η δημιουργία τους είναι παράπλευρο φαινόμενο της ύλης που καταπίνει η μαύρη τρύπα, έχουν θεωρηθεί εδώ και αρκετό χρόνο αιτία της θέρμανσης του περιβάλλοντος αερίου. Αλλά ο ακριβής μηχανισμός ήταν άγνωστος. Τα ηχητικά κύματα, που τα είδαμε να διαδίδονται μακριά από τις κοιλότητες στην πρόσφατη παρατήρηση του Chandra, θα μπορούσαν να παρέχουν αυτόν τον μηχανισμό της θέρμανσης.

Δεξιά: μια αναπαράσταση των κοιλοτήτων και των ηχητικών κυμάτων στο καυτό αέριο που πληρώνει το σμήνος του Περσέως.

Ένα τεράστιο ποσό ενέργειας χρειάζεται για να παραγάγει τις κοιλότητες, τόσο όσο και η συνδυασμένη ενέργεια από 100 εκατομμύρια σουπερνόβα. Η περισσότερη από αυτή την ενέργεια μεταφέρεται από τα ηχητικά κύματα και θα πρέπει να αποδοθεί στο αέριο του σμήνους, έτσι ώστε να κρατά το αέριο καυτό και ενδεχομένως να αποτρέπει τη ψύξη του. Σε αυτή την περίπτωση, ο τόνος της Β-ύφεσης του ηχητικού κύματος, 57 οκτάβες κάτω από τη μεσαία C, θα είχε παραμείνει κατά προσέγγιση σταθερή για περίπου 2.5 δισεκατομμύρια έτη.

Ο Περσέας είναι το φωτεινότερο σμήνος γαλαξιών στις ακτίνες X, και επομένως ήταν ένας τέλειος στόχος του Chandra για να βρεθούν ηχητικά κύματα που κυμάτιζαν μέσα στο καυτό αέριο του σμήνους. Κι άλλα σμήνη εμφανίζουν κοιλότητες ακτίνων X, και οι μελλοντικές παρατηρήσεις του Chandra μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν ηχητικά κύματα και σε εκείνα τα σμήνη.