Δύναμη δημιουργίας: Οι μαύρες τρύπες συνδέονται με τη γέννηση των άστρων

Από σελίδα του space.com, 3 Απριλίου 2003

Οι αστρονόμοι μπόρεσαν να κοιτάξουν μέσα από τα αέρια, τη σκόνη και του γενικού χάους για να πάρουν μια πρωτοφανή εικόνα κοντά σε μια βαριά μαύρη τρύπα, στην καρδιά ενός από τους πιο παλιούς γαλαξίες στο Σύμπαν.

Και είδαν ακριβώς ό,τι ανέμεναν: πλήθη βρεφικών άστρων και ακόμη περισσότερα να βρίσκονται στη φάση της δημιουργίας.

Η ανακάλυψη αυτή τους δίνει σημαντικές άμεσες αποδείξεις για μια νεοσύστατη θεωρία του σχηματισμού γαλαξιών, που ονομάζεται συν-εξέλιξη. Η θεωρία αυτή δέχεται ότι οι μαύρες οπές και οι γαλαξίες εξελίχθηκαν μαζί και ότι δεν θα μπορούσαν χωριστά να είχαν βοηθήσει στη γρήγορη γέννηση των αστεριών, που είναι γνωστό ότι πραγματοποιήθηκε στην αρχική φάση του Σύμπαντος.

"Αυτή η μοναδική παρατήρηση σε έναν απόμακρο, νεαρό γαλαξία μας δίνει πρωτοφανή γνώση στη διαδικασία η οποία  παρήγαγε και τους τεράστιους αριθμούς άστρων και τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο σχηματισμό των γαλαξιών", λέει ο Chris Carilli, του Εθνικού Ραδιοπαρατηρητηρίου Αστρονομίας (NRAO) στο Socorro, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. "Αυτή η εργασία υποστηρίζει έντονα την ιδέα ότι τα αστέρια και οι μαύρες τρύπες σχηματίσθηκαν ταυτόχρονα".

Οι αστρονόμοι είχαν κάνει ήδη μια παρόμοια σύνδεση στους περισσότερους κοντινούς γαλαξίες -- τους γαλαξίες του πιο σύγχρονου Σύμπαντος. Αλλά αυτοί θα μπορούσαν μόνο να συμπεράνουν ότι η διαδικασία συνεχίστηκε στις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος.

Υπήρξε μια εποχή που οι ανταγωνιστικές θεωρίες πρότειναν ότι ίσως οι μαύρες τρύπες εμφανίστηκαν πρώτα, κατόπιν οι γαλαξίες που σχηματίσθηκαν γύρω από αυτές, ή ότι οι γαλαξίες και τα αστέρια σχηματίστηκαν ακολουθούμενα από την εξέλιξη των κεντρικών, υπερμεγεθών μαύρων οπών. Κατά το παρελθόν σχεδόν τρία χρόνια πριν, σχεδόν όλοι οι εμπειρογνώμονες άρχισαν να θεωρούν ότι αυτές οι δύο διαδικασίες ξεκινούν μαζί : Το νέφος των  αερίων που τροφοδοτεί μια μαύρη οπή τροφοδοτεί επίσης και το σχηματισμό των νέων αστεριών καθώς το αέριο κινείται προς το κέντρο ενός "νεοσσού" γαλαξία.

Η νέα μελέτη εξέτασε έναν ενεργό γαλαξία ή κβάζαρ, που είναι γνωστός με το όνομα PSS J2322+1944. Είναι περίπου 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη,  που το φως του ξεκίνησε όταν ο Κόσμος ήταν ηλικίας κάτι λιγότερο από 2 δισεκατομμύρια έτη ή περίπου το 15 τοις εκατό της τρέχουσας ηλικίας του.

Η έντονη έκχυση της ακτινοβολίας από ένα κβάζαρ δημιουργείται πιθανά και από τη γρήγορη γέννηση αστεριών και από την έντονη δραστηριότητα γύρω από μια κεντρική, αδηφάγο μαύρη τρύπα, που μπορεί και να ζυγίζει δισεκατομμύρια φορές περισσότερο από τον ήλιο μας. Η ύλη που κινείται σπειροειδώς προς τις μαύρες τρύπες τις προσεγγίζει με τη ταχύτητα του φωτός και έτσι  υπερθερμαίνεται, σε μια διαδικασία που εξακοντίζει στο διάστημα πολλή ακτινοβολία.

Η εγγενής φωτεινότητα καθιστά τα κβάζαρ δύσκολο να τα μελετήσει κάποιος. Είναι σαν την προσπάθεια να φανεί το νημάτιο μιας λάμπας 100 Watt. Και μάλιστα, η ακτινοβολία από ένα τέτοιο απόμακρο αντικείμενο μειώνεται σοβαρά ώσπου να φθάσει στη Γη.

Για καλή τύχη όμως ένας ενδιάμεσος γαλαξίας γίνεται φυσικός "βαρυτικός φακός", ενισχύοντας έτσι την ακτινοβολία που προέρχεται από το πιο απόμακρο κβάζαρ.

Οι παρατηρήσεις έγιναν με το ραδιοτηλεσκόπιο του Εθνικού Τηλεσκόπιου Πολύ Μεγάλης Σειράς (VLA). Ο βαρύτητας φακός όχι μόνο ενίσχυσε τα ραδιοκύματα αλλά τα διαστρέβλωσε σε ένα σχήμα που λέγεται, Δακτύλιος Einstein. Και το πιο σημαντικό, η ενίσχυση έκανε δυνατό να ανιχνευθεί το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ένα σημαντικό συστατικό του αερίου που σχηματίζει τα αστέρια.

Πώς ένας σχηματίζεται ένας βαρυτικός φακός

Οι ακτίνες του φωτός (γκρίζα βέλη) από έναν απόμακρο γαλαξία ή τους γαλαξίες (δεξιά στην εικόνα) κάμπτονται από τη βαρύτητα καθώς περνούν από ένα άλλο γαλαξία ή σμήνος γαλαξιών (που συμβολίζονται από τη μπλε σφαίρα στο κέντρο). Όταν το φως φθάνει τελικά στη Γη (αριστερά), μπορεί να ενισχυθεί. Το απόμακρο αντικείμενο απεικονίζεται συχνά περισσότερο από μία φορά, επειδή το φως εμφανίζεται να προέρχεται από πολλαπλάσιες κατευθύνσεις (κόκκινα βέλη). Το αντικείμενο στόχος μπορεί επίσης να εμφανιστεί και διαστρεβλωμένο.

"Ο βαρυτικός φακός βοηθάει στο να παρατηρήσουμε καλύτερα τις εσωτερικές περιοχές του γαλαξία, και οι εικόνες έτσι αποκαλύπτουν με έναν άμεσο τρόπο, ένα πολύ ενεργό αστέρι να σχηματίζει το δίσκο", λέει ο Carilli.

Οι ειδήσεις αυτές, που αναφέρονται σήμερα στη σελίδα του Science, εμφανίζουν ότι ενώ το αέριο πέφτει στην κεντρική μαύρη τρύπα του κβάζαρ, τα αστέρια σχηματίζονται επίσης γύρω από αυτή τη μαύρη τρύπα, με ρυθμό εκατοντάδες κάθε χρόνο.

"Αυτή η νέα παρατήρηση προσφέρει ισχυρή υποστήριξη στην ιδέα ότι μεγάλοι αριθμοί αστεριών σχηματίστηκαν στους νέους γαλαξίες, στους οποίους συγχρόνως οι κεντρικές μαύρες οπές τους τραβούσαν πρόσθετη μάζα", αναφέρει ο Pierre Cox, του Ιδρύματος για τη Διαστημική Αστροφυσική του Πανεπιστημίου του Παρισιού.

Ο ρυθμός γέννησης των αστεριών, που υπολογίζεται με τη νέα μελέτη σημαίνει ότι ένας μεγάλος, κανονικός ελλειπτικός γαλαξίας θα μπορούσε να σχηματισθεί ακριβώς σε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό είναι σημαντικό, επειδή κι άλλες παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι πρέπει να ισχύει, αν και οι αστρονόμοι δεν έχουν δει ποτέ αυτό τον γρήγορο ρυθμό σχηματισμού αστεριών στην πράξη μέχρι τώρα.