Πρώτα οι γαλαξίες και μετά οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες

Πηγή: Chandra , 22 Νοεμβρίου 2004

Οι αστρονόμοι πιστεύουν τώρα ότι όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες έχουν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο τους, αλλά αυτές οι μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν μετά από το σχηματισμό του γαλαξία. Οι νέες παρατηρήσεις από το παρατηρητήριο των ακτίνων-X Chandra παρουσιάζουν ένα απόμακρο κβάζαρ να έχει διαμορφωθεί σε λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά από το Big Bang, και ήδη παρήγαγε το ίδιο ποσό ενέργειας σαν είκοσι τρισεκατομμύρια ήλιους μαζί. 

Το παρατηρητήριο Chandra της NASA έχει πάρει οριστικές αποδείξεις ότι ένα απόμακρο κβάζαρ σχηματίστηκε σε λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και περιέχει στο κέντρο της μια πλήρως ανεπτυγμένη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, που παράγει ενέργεια με το ρυθμό είκοσι τρισεκατομμυρίων ήλιων. Η ύπαρξη τέτοιων τεράστιων μαύρων οπών σε αυτήν την νεαρή ηλικία του σύμπαντος προκαλεί σε αναθεώρηση τις θεωρίες του σχηματισμού των γαλαξιών και των υπερμεγεθών μαύρων οπών.

Οι αστρονόμοι Daniel Schwartz και Shanil Virani του Κέντρου για την Αστροφυσική στο Harvard παρατήρησαν ένα κβάζαρ, το SDSSp J1306, που είναι 12,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Δεδομένου ότι το Σύμπαν υπολογίζεται ότι έχει ηλικία 13,7 δισεκατομμυρίων ετών, βλέπουμε το κβάζαρ όπως ήταν ένα δισεκατομμύριο έτη μετά από το Big Bang. Διαπίστωσαν δε ότι η κατανομή των ακτίνων-X με την ενέργεια, ή το φάσμα των ακτίνων-X, είναι όμοιο με αυτό των κοντινών, παλαιότερων κβάζαρ. Επιπλέον, η σχετική φωτεινότητα του SDSSp J1306 στα οπτικά και στα μήκη κύματος των ακτίνων-X  ήταν παρόμοια με αυτήν της κοντινής ομάδας των κβάζαρ. Οι οπτικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι η μάζα της μαύρης τρύπας είναι περίπου ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες.

Στοιχεία μιας άλλης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, που δημιουργήθηκε κι αυτή πολύ νωρίς, δημοσιεύθηκαν πρόσφατα από μια άλλη ομάδα επιστημόνων από το Τεχνολογικό Ίδρυμα της Καλιφόρνιας και το Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο XMM-Newton των ακτίνων-X. Αυτοί παρατήρησαν το κβάζαρ SDSSp J1030 σε μια απόσταση 12,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός και βρήκαν ουσιαστικά το ίδιο αποτέλεσμα για το φάσμα των ακτίνων X, όπως βρήκαν και οι επιστήμονες του Harvard για το SDSSp J1306. Η ακριβής θέση και το φάσμα του Chandra για το κβάζαρ SDSSp J1306 με σχεδόν τις ίδιες ιδιότητες αποκλείει οποιαδήποτε αβεβαιότητα ότι οι πρώιμες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες υπάρχουν.

"Αυτά τα δύο αποτελέσματα φαίνονται να δείχνουν ότι ο τρόπος που οι υπερμεγέθεις μαύρες οπές παράγουν ακτίνες-X παραμένει ουσιαστικά ο ίδιος από την πρώτη εποχή του Κόσμου", αναφέρει ο Schwartz. "Αυτό υπονοεί ότι η κεντρικός μηχανισμός της δημιουργίας των μαύρων οπών σε έναν τεράστιο γαλαξία διαμορφώθηκε πολύ σύντομα μετά από το Big Bang".

Υπάρχει γενική συμφωνία μεταξύ των αστρονόμων ότι η ακτινοβολία-Χ, που προέρχεται από την περιοχή κοντά στις πολύ μεγάλες μαύρες τρύπες, παράγεται καθώς η μαύρη τρύπα 'ρουφάει' αέριο και αυτό θερμαίνεται σε τεράστιες θερμοκρασίες - εκατομμύρια ως και δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Το μεγαλύτερο μέρος του προσπίπτοντος αερίου συγκεντρώνεται σε έναν γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο, το εσωτερικό μέρος του οποίου έχει μια καυτή ατμόσφαιρα ή ένα στέμμα. Εκεί όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να φτάσουν σε δισεκατομμύρια βαθμούς.

Αν και η ακριβής γεωμετρία και οι λεπτομέρειες της παραγωγής των ακτίνων X δεν είναι γνωστές, οι παρατηρήσεις πολυάριθμων κβάζαρ, ή πολύ μεγάλων μαύρων οπών,  έχουν δείξει ότι πολλά από αυτά τα αντικείμενα έχουν πολύ παρόμοια φάσματα στις ακτίνες-X , ειδικά στις υψηλές ενέργειες των ακτίνων-X. Αυτό υπονοεί ότι η βασική  γεωμετρία και ο μηχανισμός είναι ίδιος για αυτά τα αντικείμενα.

Η αξιοσημείωτη δε ομοιότητα των φασμάτων στις ακτίνες-X των νέων τεράστιων μαύρων τρυπών, με εκείνα των πολύ παλαιότερων μαύρων οπών σημαίνει ότι οι πολύ μεγάλες μαύρες τρύπες και οι δίσκοι προσαύξησής τους, υπήρχαν ήδη σε λιγότερο από ένα δισεκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Το πιο πιθανόν είναι ότι εκατομμύρια μαύρες τρύπες με μάζα ίση 100 φορές του ήλιου μας σχηματίστηκαν αρχικά από την κατάρρευση των τεράστιων αστεριών στο νεαρό γαλαξία, και ακολούθως αυτές σχημάτισαν μια μαύρη τρύπα μάζας ισοδύναμη με ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες στο κέντρο του γαλαξία τους, μέσω συγχωνεύσεων και προσαυξήσεων με το περιβάλλον αέριο.

Για να απαντήσουν στο ζήτημα πώς και πότε σχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι αστρονόμοι προγραμματίζουν να χρησιμοποιήσουν το Chandra για παρατηρήσεις το βαθύ διάστημα αλλά και να κάνουν κι άλλες έρευνες για να προσδιορίσουν και να μελετήσουν τα κβάζαρ ακόμα σε πιο νεαρές ηλικίες.