Μαύρες τρύπες συσχετίζονται με την αύξηση των γαλαξιών και την γέννηση των άστρων

Πηγή: National Geographic, 6 Απριλίου 2005

Παρατηρώντας βαθιά μέσα στο διάστημα, οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι οι ογκώδεις μαύρες τρύπες αυξάνονται ταυτόχρονα με τους γαλαξίες στους οποίους βρίσκονται. Και χρησιμοποιώντας την ισχυρή τεχνολογία των ακτίνων-X, οι αστρονόμοι ερεύνησαν απόμακρους γαλαξίες, περισσότερο από δέκα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Έτσι, διαπίστωσαν ότι η μαύρη τρύπα στο κέντρο κάθε γαλαξία εμφανίζεται να αυξάνεται συνεχώς, όταν συμβαίνει μια έκρηξη σχηματισμού των άστρων.

Οι παρατηρήσεις αυτές επιβεβαιώνουν μια θεωρία ότι η συνολική μάζα των αστεριών σε έναν γαλαξία αντιστοιχεί στη μάζα της μαύρης τρύπας. Τα συμπεράσματα αυτά προτείνουν ότι οι μαύρες τρύπες έχουν κεντρική θέση στο σχηματισμό των γαλαξιών και τη δομή του σύμπαντος.

Οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι ζεύγη γαλαξιών - και οι μαύρες οπές τους - συχνά συγχωνεύονται μαζί. Κατά την διάρκεια μιας τέτοιας συγχώνευσης, οι παλιρροιακές δυνάμεις στέλνουν πολύ αέριο προς το κέντρο των γαλαξιών. Αυτό το αέριο 'τρέφει' τη μαύρη τρύπα και είναι, επίσης, διαθέσιμο στη δημιουργία πολυάριθμων άστρων.

"Αν και είναι ένα μικρό τμήμα του μεγέθους του γαλαξία, μια μαύρη τρύπα, στην ουσία, εμφανίζεται να είναι ικανή να ελέγξει την αύξηση του γαλαξία", λέει ο David Alexander, ένας ερευνητικός συνεργάτης στο πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ στην Αγγλία. Ο Alexander ήταν επικεφαλής της μελέτης, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.

Υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες

Μια μαύρη τρύπα είναι μια θέση στο διάστημα, όπου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που τίποτα - ακόμη και το φως - δεν μπορεί να ξεφύγει Υπάρχουν δύο τύποι μαύρων οπών. Ο πιο κοινός τύπος είναι η αστρική. Είναι ότι απομένει από την κατάρρευση των τεράστιων άστρων. Οι περισσότεροι γαλαξίες έχουν εκατομμύρια τέτοιων μαύρων οπών.

Άλλες πάλι, είναι γνωστές ως υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες 'κατοικούν' στο κέντρο κάθε γαλαξία.

Οι επιστήμονες δεν είναι βέβαιοι πώς δημιουργούνται αυτές οι κεντρικές μαύρες τρύπες. Αλλά κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι η συνολική μάζα των αστεριών στους γαλαξίες αντιστοιχεί άμεσα στο μέγεθος των κεντρικών μαύρων τρυπών τους. Αυτή η σχέση δείχνει ότι οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες τους αυξάνονται περίπου στον ίδιο χρόνο.

Για να δώσουν παρατηρητική υποστήριξη για αυτήν την θεωρία, οι αστρονόμοι μελέτησαν τους γαλαξίες, περίπου, 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. Χρησιμοποίησαν προς τούτο το παρατηρητήριο των ακτίνων X Chandra της NASA, για να βρουν ισχυρές εκλάμψεις ακτίνων-X, που παράγονται από το καυτό αέριο όταν στροβιλίζεται γύρω από τις μαύρες τρύπες.

Οι μαύρες τρύπες είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν. Ο μόνος τρόπος για "να φανεί" μία τέτοια μαύρη τρύπα είναι να ανιχνευθούν οι εκπομπές ακτινοβολίας από την καυτή ύλη που περιστρέφεται γύρω από μια μαύρη τρύπα.

Αυτό δε που οι επιστήμονες παρατήρησαν συνέβη, περίπου, δέκα δισεκατομμύρια έτη πριν. Οι γαλαξίες είναι δηλαδή τόσο απόμακροι, που οι ακτίνες-Χ χρειάστηκαν για να φθάσουν  στη Γη, αυτό το τεράστιο χρονικό διάστημα. Οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι εκείνη την περίοδο, οι νέοι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες αυξήθηκαν συγχρόνως.

"Οι άνθρωποι κάποτε εξέταζαν την αύξηση των μαύρων οπών και των γαλαξιών ανεξάρτητα. Οι μαύρες τρύπες δεν φαίνονταν τότε να είναι σημαντικές στο σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών", λέει ο Alexander

Εντούτοις, πολλές μελέτες κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας έχουν δείξει ότι οι μαύρες τρύπες, πράγματι, έχουν μια επίδραση στην αύξηση των γαλαξιών.

Συγκρουόμενοι γαλαξίες

Ο καταλύτης για την κοινή αύξηση των γαλαξιών και των μαύρων οπών θα μπορούσε να είναι η σύγκρουση και η συγχώνευση δύο γαλαξιών παρόμοιου μεγέθους. Το φαινόμενο αυτό έχει παρατηρηθεί από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

Η Tiziana Di Matteo, μια αστροφυσικός στο πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβανίας, ήταν υπεύθυνη μιας πρόσφατης προσομοίωσης σε υπολογιστή αυτού του φαινομένου. Το πρόγραμμα έδειξε ότι αυτές οι συγχωνεύσεις οδηγούν σωματίδια σκόνης και αέριο προς τις κεντρικές περιοχές των γαλαξιών. Η ύλη παρήγαγε αστέρια και έδωσε συγχρόνως τα καύσιμα που τρέφουν τη μαύρη τρύπα, βοηθώντας την να αυξηθεί.

"Είναι πολύ συναρπαστικό ότι ο Alexander και οι συνάδελφοί του ήταν σε θέση να μας δώσουν ένα στιγμιότυπο σε μια συγχώνευση μεταξύ δύο γαλαξιών, όταν το αέριο συγχρόνως έτρεφε και την κεντρική μαύρη τρύπα και δημιουργούσε τα περισσότερα από τα αστέρια", λέει η Di Matteo.

Καθώς το αέριο ψύχεται, δημιουργείται ο γαλαξίας. Το ψυχρό αέριο σχηματίζει τα αστέρια στο γαλαξία. Συγχρόνως, μόνο ένα πολύ μικρό ποσό αερίου τροφοδοτεί τη μαύρη τρύπα, και ακολούθως αυτή να εκπέμψει ένα πολύ μεγάλο ποσό ενέργειας.

Αυτή η ενέργεια θερμαίνει τελικά το περιβάλλον αέριο, που εμποδίζει την ψύξη του. Έτσι, σταματούν να παράγονται αστέρια, και ο γαλαξίας σταματά να αυξάνεται.

"Οι μαύρες τρύπες που μελετήσαμε φαίνονται ακριβώς τη στιγμή όπου έχουν την περισσότερη επίδραση πάνω στις ιδιότητες των γαλαξιών που βρίσκονται", αναφέρει ο Ian Smail, αστροφυσικός στο πανεπιστήμιο Durham στην Αγγλία και ένας από τους συντάκτες της νέας μελέτης.

"Η μελέτη μας προτείνει ότι πολύ σύντομα μετά από αυτήν την περίοδο, η αυξανόμενη ενεργειακή παραγωγή από τις μαύρες τρύπες τους μετατρέπει σε κβάζαρ", λέει ο Smail,  αναφερόμενος στους απόμακρους γαλαξίες με τις φωτεινές, ογκώδεις, αυξανόμενες μαύρες τρύπες. "Με αυτό τον τρόπο αυτές ολοκληρώνουν το σχηματισμό των άστρων σε αυτούς τους γαλαξίες".

Σε τρία δισεκατομμύρια έτη από τώρα, θα μπορούσαμε να δούμε παρόμοια γεγονότα πιο κοντά στη γειτονιά μας. Ο Γαλαξίας μας είναι σε μια τροχιά σύγκρουσης με τον κοντινό γαλαξία, την Ανδρομέδα.

Σύγκρουση γαλαξιών
	Δύο σπειροειδείς γαλαξίες με μέτριες μαύρες τρύπες βρίσκονται σε φάση σύγκρουσης	Όταν αυτοί συγκρουστούν, τότε και οι δύο μαύρες οπές αρχίζουν να συγχωνεύονται	Από τους συγχωνευθέντες δημιουργείται ένας γιγαντιαίος γαλαξίας με μια μαύρη οπή μάζας  μεγαλύτερης από το άθροισμα των δύο άλλων.