Ζυγίζεται μια μαύρη τρύπα στην άκρη του Σύμπαντος

Από σελίδα του Spaceflightnow, 20 Μαρτίου 2003

Καλλιτεχνική άποψη της καρδιάς ενός κβάζαρ, όπου μια μαύρη οπή είναι κρυμμένη σε έναν δίσκο αερίου και σκόνης.

 Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι έχουν ζυγίσει μια μαύρη τρύπα στο πιο απώτατο όριο του Σύμπαντος. Μια ομάδα αστρονόμων από τον Καναδά και το Ηνωμένο Βασίλειο μελέτησε το υπέρυθρο φως από το πιο απόμακρο γνωστό κβάζαρ, και βρήκε ότι σε αυτό το κβάζαρ περιέχεται μια μαύρη τρύπα μάζας 10¹⁵  (1.000.000.000.000.000) φορές μεγαλύτερης από τη Γη. Οι παρατηρήσεις έγιναν με το Ενωμένο Υπέρυθρο Τηλεσκόπιο (UKIRT) στη Χαβάη, χρησιμοποιώντας ένα νέο φασματόμετρο (UIST) και θα δημοσιευτεί στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού Astrophysical Journal Letters.

Τα κβάζαρ είναι εξαιρετικά φωτεινοί γαλαξίες (οι λεγόμενοι ενεργοί γαλαξίες) που είναι πολύ φωτεινότεροι από όσο μπορεί να εξηγηθεί με το κανονικό φως των άστρων. Ένα κβάζαρ τροφοδοτείται από την απελευθέρωση της βαρυτικής ενέργειας καθώς η ύλη ωθείται προς μια υπερμεγέθη μαύρη οπή στο κέντρο του, μια διαδικασία που ονομάζεται προσαύξηση. Η ακραία φωτεινότητά τους καθιστά τα κβάζαρ ορατά ακόμη και σε τεράστιες αποστάσεις.

Ο επικεφαλής της ομάδας ο Δρ Chris Willott, από το Ίδρυμα Herzberg του Εθνικού Ερευνητικού Ινστιτούτου της Αστροφυσικής στην Βικτώρια του Καναδά, είπε ότι "Κοιτάξαμε στο πιο απόμακρο γνωστό κβάζαρ, το SDSS J1148+5251, με τη βοήθεια του UKIRT. Παρατηρούμε αυτό το κβάζαρ όταν το φως του εκπέμφθηκε  πριν 13 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το Σύμπαν ήταν μόνο το 6% της σημερινής ηλικίας του".

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το φασματόμετρο του UKIRT, UIST, για να μετρήσουν το υπέρυθρο φάσμα του φωτός από το κβάζαρ. Στο φάσμα του έψαξαν για ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα  - μια γραμμή που εκπέμφθηκε από το ιόν του μαγνησίου ΙΙ, MgII. Αυτά ως γνωστόν είναι άτομα μαγνησίου με τα εξωτερικά του ηλεκτρόνια να έχουν απομακρυνθεί. Τα ιόντα του μαγνησίου είναι μέρος του αερίου γύρω από τη μαύρη τρύπα στην καρδιά του κβάζαρ.

Ο Willott εξήγησε ότι "μπορούμε να καθορίσουμε τη μάζα των μαύρων οπών σε αυτά τα απόμακρα κβάζαρ με την παρατήρηση της γραμμής εκπομπής του MgII και τη σύγκριση της με την ίδια γραμμή εκπομπής στα πιο κοντινά κβάζαρ. Η βασική ιδέα εδώ είναι ότι το πλάτος της φασματικής γραμμής δίνει μια ένδειξη της ταχύτητας του αερίου κοντά στο κβάζαρ. Οι πιο μεγάλες μαύρες τρύπες θα έχουν ένα γρηγορότερο κινούμενο υλικό".

Η ομάδα μέτρησε το πλάτος αυτής της φασματικής γραμμής εκπομπής του MgII, η οποία τους επέτρεψε να μετρήσουν τη μάζα της μαύρης τρύπας, 3 δισεκατομμύρια φορές του ήλιού μας, ή ένα 1.000.000.000.000.000 φορές τη μάζα της Γης. Χρησιμοποίησαν επίσης το μήκος κύματος της γραμμής εκπομπής για να καθορίσουν την ακριβή ερυθρή μετατόπιση (redshift) για το κβάζαρ, την οποία βρήκαν 6.41. Με την ερυθρή μετατόπιση μπορούμε να μετρήσουμε την απόσταση του αντικειμένου, πράγμα που επιβεβαιώνει ότι είναι το πιο απόμακρο γνωστό κβάζαρ, περίπου 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

Η ακραία λαμπρότητα αυτού του κβάζαρ επίσης δείχνει ότι η μαύρη τρύπα στον πυρήνα της καταπίνει την ύλη στο μέγιστο δυνατό ρυθμό. Αυτό ο μέγιστος ρυθμός καλείται "Όριο Eddington". Εάν η μαύρη τρύπα προσαυξανόταν με υλικό ακόμη γρηγορότερα, θα έλαμπε ακόμα πιο φωτεινά, και η έντονη φωτεινότητα του θα ασκούσε πραγματικά αρκετή πίεση ώστε να σταματήσει οποιοδήποτε άλλο υλικό να ριχτεί μέσα στη μαύρη τρύπα.

Ο Δρ Ross McLure από το Ινστιτούτο για την Αστρονομία στο Εδιμβούργο πρόσθεσε ότι "αυτό το κβάζαρ δείχνει τις πρώτες ογκώδεις δομές που σχηματίσθηκαν στο Σύμπαν. Επιβεβαιώνει τις προβλέψεις ότι τέτοιες τεράστιες μαύρες τρύπες υπήρξαν αρκετά νωρίς στον Κόσμο, αλλά όμως είναι σπάνιες. Περιβάλλονται επίσης από μια περιοχή, σαν μια δεξαμενή καυσίμων, που τις επιτρέπει να προσαυξάνονται σε μάζα ακριβώς μέχρι το όριο Eddington."

Ο Δρ Matt Jarvis του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης εξήγησε τι σχεδιάζει να κάνει ύστερα αυτή η ομάδα: "Με τη βοήθεια αυτής της γνωστής μάζας θα μετρήσουμε τις μάζες μαύρων οπών και σε άλλα κβάζαρ, με διαφορετικά redshifts. Ελπίζουμε να καταλάβουμε έτσι την εξέλιξη των μαύρων τρυπών και των γαλαξιών που βρίσκονται στο Σύμπαν από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης έως την σημερινή ημέρα."