Τα αστέρια που συγκρούονται μπορούν να λύσουν το αίνιγμα των μαύρων οπών

Από ιστοσελίδα του NewScientist, 14 Απριλίου 2004

Τα αφηνιασμένα άστρα - που αυξάνουν τη μάζα τους όταν ένα άλλο άστρο συντρίβεται και συγχωνεύεται μαζί τους, θα μπορούσαν να σχηματίσουν μαύρες τρύπες με μεσαίο βάρος -αυτό το είδος που τόσο έχουν βασανίσει τους αστρονόμους- σύμφωνα με νέες προσομοιώσεις σε υπολογιστές.

Αυτό το φαινόμενο της συσσώρευσης της μάζας σε ένα άστρο θα εμφανιζόταν στα κέντρα των νέων σμηνών γεμάτων με αστέρια, παράγοντας έτσι μια μαύρη τρύπα όταν τελικά εκρήγνυνται αυτά τα συσσωρευμένα αστέρια και πεθαίνουν.

Οι μεσαίου μεγέθους μαύρες τρύπες δεν έχουν προσδιοριστεί με σαφήνεια ακόμα από τους αστρονόμους. Αλλά είναι πιθανώς ο κρίσιμος χαμένος κρίκος μεταξύ των μαύρων οπών με 10 φορές τη μάζα του ήλιου και εκείνων με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου. Αυτές  οι δύο κατηγορίες έχουν τεκμηριωθεί πλήρως από τους αστροφυσικούς.

Εντούτοις, οι θεωρητικοί δεν μπορούν να συμφωνήσουν σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι μεσαίου βάρους σχηματίζονται. Μερικοί προτείνουν ότι αυξάνονται μέσω τυχαίων συγκρούσεων μεταξύ των μικρότερων μαύρων οπών, ενώ υπάρχουν και πιο εξωτικές ιδέες. Αυτές θεωρούν ότι ένα καταρρέον νέφος αερίου διαμορφώνει μια μαύρη τρύπα, εάν ακτινοβολήσει μακριά το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς του με νετρίνα.

"Και τα δύο σενάρια έχουν αρκετά σοβαρά προβλήματα", λέει ο Simon Portegies Zwart, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, που εκτέλεσε τις προσομοιώσεις.

Ο Portegies Zwart και η ομάδα του υποψιάζονται ότι μία μαύρη τρύπα μεσαίου μεγέθους σχηματίζεται όταν ένα τεράστιο άστρο, παρασύρεται από τη βαρύτητα προς το κέντρο ενός πυκνού σμήνους αστεριών. Εκεί συγχωνεύεται με άλλα αστέρια που συρρέουν κι αυτά προς εκείνη την περιοχή.

"Τα αστέρια είναι σαν σφαίρες που συγκολλούνται - μπορείτε να τις σκεφθείτε ότι συγκρούονται και σχηματίζουν ένα ενιαίο αστέρι", αναφέρει ο Zwart Portegies.

Εάν ένα αφηνιασμένο τέτοιο άστρο αυξήσει τη μάζα του, κάπου 800 έως 3.000 φορές τη μάζα του ήλιου,  πριν εκραγεί σαν ένα σουπερνόβα, τότε μπορεί να δημιουργήσει μια μαύρη τρύπα της οποίας η μάζα είναι 100 έως 1000 φορές του ήλιου. Αλλά το σμήνος των αστεριών πρέπει να είναι πολύ πυκνό και πολύ νέο - περίπου 10 εκατομμυρίων ετών - για να γίνει αυτό το φαινόμενο λένε οι ερευνητές.

Τέσσερα από αυτά τα νέα, πυκνά σμήνη (που ονομάζονται "YODEC") έχουν βρεθεί στο Γαλαξία μας, και δύο παρατηρήθηκαν πρόσφατα στο κέντρο ενός άλλου γαλαξία περίπου 12 εκατομμύριο έτη φωτός, τον M82.

Αλλά μόνο ένα από το σμήνος του M82, το σμήνος MGG 11, εμφανίζεται να φιλοξενεί μια λαμπρή πηγή ακτίνων-X, που θα μπορούσε να είναι μια μαύρη τρύπα μεσαίου βάρους που 'καταπίνει' ένα συνοδό άστρο.

Ο Portegies Zwart και η ομάδα του χρησιμοποίησαν έναν από τους πιο γρήγορους υπολογιστές στον κόσμο, τον GRAPE-6 στην Ιαπωνία, και ένα ειδικό πρόγραμμα που χρησιμοποιείται εδώ και δώδεκα χρόνια για να εξετάσει γιατί μια μεσαίου μεγέθους μαύρη τρύπα μπορεί να έχει σχηματιστεί μόνο σε ένα από το σμήνος. Ο υπολογιστής δούλεψε για έναν μήνα για να υπολογίσει με ποιο τρόπο το κάθε ένα από τα 100.000 αστέρια στο σμήνος μεταναστεύει καθώς περνάει ο χρόνος.

Διαπίστωσαν δε ότι τα τεράστια αστέρια στο σμήνος MGG 11 - αυτό που φιλοξενεί την υποψήφια μεσαίου μεγέθους μαύρη τρύπα - έφθασαν στο κέντρο του σμήνους σε 3 εκατομμύριο χρόνια, ενώ αυτά σε άλλο σμήνος το ταξίδι τους κράτησε 15 εκατομμύριο χρόνια.

"Έτσι, τα ογκώδη αστέρια στο MGG 11 μπορούν εύκολα να φθάσουν στο κέντρο του σμήνους πριν εκραγούν ως σουπερνόβα, ενώ αυτά στο MGG 9 όχι", γράφει η ομάδα σε ένα άρθρο της στο Nature.

O Steinn Sigurdsson, ένας αστρονόμος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας, λέει ότι θα επιθυμούσε να ξέρει τα μοντέλα που εξετάζουν την αστρική εξέλιξη και την απώλεια της μάζας τι αναμένουν να συμβεί, όταν τα περιστρεφόμενα αστέρια συγκρούονται. Αλλά λέει ότι το σενάριο αυτό της συγχώνευσης των αφηνιασμένων άστρων "μπορεί να είναι ο κυρίαρχος τρόπος για να διαμορφωθούν οι μεσαίου μεγέθους μαύρες τρύπες".

Ο Tim Roberts, ένας αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Leicester, είναι επίσης θετικός στο σενάριο αυτό.

Ο Portegies Zwart ελπίζει να δοκιμάσει τις προσομοιώσεις του προβλέποντας ποιό από τα 4 σμήνη YODEC στο Γαλαξία μας είναι πιθανό να φιλοξενήσει μια τέτοια μαύρη τρύπα, η οποία θα μπορούσε να είναι ανιχνεύσιμη μέσω της εκπομπής μιας ακτινοβολίας ακτίνων-X.