Τα μεγάλα παρατηρητήρια αποκαλύπτουν μαύρες τρύπες & κρυμμένα αντικείμενα

Από το spaceflight της 1ης Ιουνίου 2004

Αστρονόμοι παρουσίασαν εικόνες από τις πιο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος που τραβήχτηκαν από το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA. Παράλληλα ανήγγειλαν την ανίχνευση απόμακρων αντικειμένων -- συμπεριλαμβανομένων διάφορων μαύρων οπών μεγάλης μάζας -- που είναι σχεδόν αόρατες ακόμη και στις πιο βαθιές εικόνες των μεγαλυτέρων διαστημικών τηλεσκοπίων - Hubble και Chandra - που λειτουργούν όμως σε άλλα μήκη κύματος.

Χάρις στη συνεργασία των τριών μεγάλων παρατηρητήριων της NASA, οι αστρονόμοι έλυσαν ένα κοσμικό μυστήριο με τον προσδιορισμό μερικών από τις παλαιότερες και πιο απόμακρες μαύρες οπές.

Ο Mark Dickinson, του Εθνικού Οπτικού Παρατηρητήριου Αστρονομίας στο Tucson της Αριζόνας και κύριος ερευνητής για τις νέες παρατηρήσεις, λέει ότι με αυτές τις εξαιρετικά βαθιές εικόνες μέσα στο χρόνο και στο χώρο του Spitzer, μπορούμε να δούμε εύκολα αντικείμενα, όπου βρίσκονται οι πιο απόμακροι γνωστοί γαλαξίες. Επιπλέον, τονίζει, βλέπουμε και μερικά αόρατα αντικείμενα, που τα Chandra και Hubble έβλεπαν πολύ αμυδρά.

Επτά από τα αντικείμενα που ανιχνεύθηκαν από το Spitzer μπορεί να είναι ένα τμήμα των "χαμένων" μαύρων οπών μεγάλης μάζας, που τροφοδότησαν τους λαμπρούς πυρήνες των πιο πρόωρων ενεργών γαλαξιών. Η ανακάλυψη ολοκληρώνει έναν πλήρη υπολογισμό όλων των πηγών ακτίνων-X, που φαίνονται σε μια από τις βαθύτερες έρευνες που έγιναν ποτέ για το σύμπαν.

Για την ανακάλυψη απαιτήθηκε η συνδυασμένη ισχύς τριών μεγάλων παρατηρητήριων της NASA -- το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το παρατηρητήριο Chandra ακτίνων-X και το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Κάθε παρατηρητήριο μελετά σε διαφορετικά μήκη κύματος, από τις - υψηλής ενέργειας - ακτίνες X με το Chandra, μέσω του ορατού φωτός με το Hubble, και έως τις υπέρυθρες ακτίνες με το Spitzer. Μαζί, αυτά τα τηλεσκόπια παράγουν πολύ περισσότερες πληροφορίες από οποιοδήποτε απλό όργανο.

Και τα τρία τηλεσκόπια παρατήρησαν σε μια σκοτεινή περιοχή του σύμπαντος κάπου 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, προς ένα μικρό τμήμα του Νότιου ουρανού, που περιέχει περισσότερους από 10.000 γαλαξίες. Το συντονισμένο αυτό πρόγραμμα ονομάζεται GOOD (Έρευνα σε Βάθος των Mεγάλων Παρατηρητήριων για την Προέλευση).

Οι εικόνες του Chandra ανίχνευσαν περισσότερες από 200 πηγές ακτίνων-X, που θεωρήθηκαν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα των νέων γαλαξιών. Είναι γνωστό ότι τα άκρως καυτά διαστρικά αέρια που εισέρχονται μέσα στις μαύρες τρύπες παράγουν ακτίνες-X.

Η προηγμένη φωτογραφική μηχανή του Hubble από την άλλη αποκάλυψε οπτικούς γαλαξίες γύρω από, σχεδόν, όλες τις μαύρες τρύπες των ακτίνων-X. Εντούτοις, επτά μυστήριες πηγές ακτίνων-X δεν συνδέθηκαν με κανέναν οπτικό γαλαξία.

Ο Anton Koekemoer του Επιστημονικού Ιδρύματος Διαστημικών Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη, ανακάλυψε αυτές τις πηγές και είχε να σκεφτεί τρεις υποθέσεις για την προέλευσή τους: Η πρώτη ότι οι γαλαξίες γύρω από αυτές τις μαύρες τρύπες μπορούν να είναι κρυμμένες εντελώς από τα παχιά σύννεφα της σκόνης που απορροφά όλο το φως τους, το δεύτερο ότι μπορούν να περιέχουν πολύ παλαιά, κόκκινα άστρα. Και τέλος ότι μερικές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να είναι οι πιο απόμακρες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ --ίσως και μέχρι 13 δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά μας. Σε αυτή την περίπτωση, όλο το οπτικό φως τους θα μετατοπιζόταν στα πολύ μακρά υπέρυθρα μήκη κύματος (ερυθρή μετατόπιση) λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

Οι επιστήμονες ανέμεναν ανυπόμονα τις εικόνες του Spitzer για να λύσουν αυτόν τον γρίφο. Επειδή το Spitzer παρατηρεί στα υπέρυθρα μήκη κύματος μέχρι 100 φορές μεγαλύτερα από αυτά που εξετάζει το Hubble, το παρατηρητήριο Spitzer είναι σε θέση να δει ακόμα και αόρατα αντικείμενα . Πράγματι, οι πρώτες -πρώτες εικόνες του Spitzer αυτών των αντικειμένων, στις αρχές του τρέχοντος έτους, αποκάλυψαν αμέσως την αποκαλυπτική υπέρυθρη λάμψη από τους γαλαξίες που φιλοξενούν τις μαύρες τρύπες, στην περιοχή των οποίων υπάρχουν πηγές ακτίνων-Χ.

Τρεις από τους γαλαξίες του Koekemoer είναι εξαιρετικά "κόκκινοι", που λάμπουν στις υπέρυθρες ακτίνες. Τα στοιχεία του Spitzer, μαζί με τις νέες εικόνες στα πιο μικρά υπέρυθρα μήκη κύματος από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο, δείχνουν ότι οι γαλαξίες γύρω από αυτές τις μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κρυφτούν τελείως από τη σκόνη. Μερικά από τα άλλα αντικείμενα, εντούτοις, έχουν αρκετά διαφορετικά χρώματα, και η υπόθεση τους ακόμη εξετάζεται. Ο Dickinson, αναφέρει ότι θα γίνουν πρόσθετες παρατηρήσεις του Spitzer στο τέλος του έτους που θα επιβεβαιώσουν τι είδους αντικείμενα είναι.

Παλαιοί γαλαξίες λάμπουν στις υπέρυθρες ακτίνες

Σε μια άλλη μελέτη που χρησιμοποιεί τα ίδια στοιχεία του Spitzer, ο Haojing Yan του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνιας, μελέτησε 17 ασυνήθιστους γαλαξίες κοντά σε μια περιοχή του ουρανού, που λέγεται Εξαιρετικά Βαθύς Τομέας του Hubble.

Αυτό το μικρό τμήμα του ουρανού μέσα στην περιοχή GOOD ήταν πρόσφατα στόχος του Hubble για να ληφθούν από τις βαθύτερες οπτικές εικόνες που έχουν παρθεί ποτέ με την Προηγμένη Κάμερα του Hubble. Οι εικόνες αυτές στα οπτικά μήκη κύματος, που δόθηκαν τον Μάρτιο του 2004, είναι πέντε φορές πιο εξασθενημένες από τα στοιχεία GOOD του Hubble.

Αλλά ακόμη και με αυτή την ευαισθησία, δύο από τα 17 επιλεγμένα αντικείμενα του Spitzer παραμένουν απολύτως αόρατα στο οπτικό φως, ενώ άλλα ανιχνεύονται μόνο ασθενώς.

Ο Yan διαπιστώνει ότι αυτοί οι 17 γαλαξίες ίσως να είναι πολύ παλαιοί, όταν το Σύμπαν ήταν μόνο δύο δισεκατομμυρίων ετών. Αυτά τα αντικείμενα θα μπορούσαν να είναι τα υπόλοιπα των πρώτων αστεριών -- οι πρώτοι-πρώτοι γαλαξίες που σχηματίστηκαν στις αρχές του Σύμπαντος.

Οι περισσότεροι γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα σχημάτισαν τα αστέρια τους βαθμιαία κατά τη διάρκεια μιας πολύ μακριάς χρονικής περιόδου. Αλλά αυτά τα 17 αντικείμενα φαίνονται να είναι πολύ παλαιά ίσως,  σχεδόν, τόσο παλαιά όσο και το ίδιο το Σύμπαν σε εκείνη την εποχή.

"Εάν πράγματι βλέπουμε τους απευθείας απόγονους των πρώτων άστρων, θα ήταν μια συγκλονιστική ανακάλυψη", λέει ο Yan. Οι επόμενες παρατηρήσεις του Spitzer στα πιο μεγάλα μήκη κύματος, που προγραμματίζονται για τέλος του έτους, θα βοηθήσουν ώστε να μάθουμε εάν αυτά τα αντικείμενα είναι κόκκινα επειδή είναι παλαιά, ή επειδή είναι νέα και ενεργά και σχηματίζουν αστέρια που τυλίγονται στη σκόνη.

Κρυμμένες μαύρες τρύπες

Χρησιμοποιώντας στοιχεία από το Hubble και το Chandra, η Meg Urry, μία αστρονόμος του προγράμματος GOOD στο πανεπιστήμιο Yale προτείνει ότι οι περισσότερες μαύρες τρύπες που αυξάνονται είναι κρυμμένες από τα ορατά μήκη κύματος, ακόμη και στον αρχικό Κόσμο. Λίγες τέτοιες κρυμμένες μαύρες τρύπες είχαν προηγουμένως βρεθεί σε τέτοιες μεγάλες αποστάσεις, παρά τα θεωρητικά επιχειρήματα για την ύπαρξή τους. Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι χαμένες επειδή η ορατή ακτινοβολία τους είναι τόσο αμυδρή που μοιάζει με τους πιο εξασθενημένους, συνηθισμένους γαλαξίες. "Με τα νέα στοιχεία του Spitzer αυτά τα πολύ φωτεινά, απόμακρα αντικείμενα γίνονται εύκολα ορατά", λέει η Urry. "Η μεγάλη ευαισθησία των νέων υπέρυθρων φωτογραφικών μηχανών του Spitzer, συνδυασμένη με τη θαυμάσια χωρική ανάλυση του Chandra, σημαίνει ότι είναι τώρα δυνατή η εύρεση όλων των μαύρων οπών που τροφοδοτούνται με αέριο".

Η ομάδα της Urry χρησιμοποιεί στοιχεία από τα τρία διαστημικά παρατηρητήρια για να κάνει μια απογραφή των υπερμεγεθών μαύρων οπών που σχηματίστηκαν δύο έως πέντε δισεκατομμύρια έτη μετά από το Big Bang. Οι περισσότεροι από αυτούς τους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες κρύβονται από τη σκόνη, η οποία απορροφά το ορατό φως και κάποιο τμήμα των ακτίνων-X, αλλά εκπέμπει έντονα στα υπέρυθρα μήκη κύματος.

"Οι παρατηρήσεις GOOD με το Spitzer επαληθεύουν ότι ένας μεγάλος αριθμός - ίσως και τα τρία τέταρτα - των κρυμμένων ενεργών γαλαξιακών πυρήνων ήταν πράγματι παρόντες στην αρχική εποχή του σύμπαντος. Τα επόμενα στοιχεία του Spitzer θα αποκαλύψουν αν ακόμη περισσότερους κρυμμένους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες", συμπληρώνει η Urry.