Ένας δίσκος από μπλε άστρα γύρω από μια μαύρη τρύπα

Πηγή: Hubble News, 20 Σεπτεμβρίου 2005

Οι αστρονόμοι γνώριζαν εδώ και πολλά χρόνια ένα παράξενο μπλε φως που προερχόταν από την καρδιά του γαλαξία της Ανδρομέδας (M31), αλλά δεν ήταν ποτέ βέβαιοι για το τι ήταν ακριβώς. Χάρις όμως στις νέες παρατηρήσεις του Hubble, ξέρουν τώρα ότι είναι ένας δακτύλιος νέων καυτών άστρων που τριγυρίζουν γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο μέσον του M31. Τα 400 αστέρια περίπου σχηματίζουν έναν δίσκο διαμέτρου μόνο 1 έτος φωτός, ο οποίος είναι μέσα σε ένα μεγαλύτερο δακτύλιο από παλαιότερα, πιο ερυθρά αστέρια. Ο Γαλαξίας μας έχει ένα παρόμοιο φαινόμενο, που σημαίνει ότι είναι μάλλον συνηθισμένη κατάσταση στους περισσότερους γαλαξίες.

Στην δεξιά κάτω εικόνα φαίνεται ο μικρός μπλε δίσκος με τα νεαρά άστρα

Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA έχουν προσδιορίσει την πηγή ενός μυστήριου μπλε φωτός που περιβάλλει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο γειτονικό γαλαξία της Ανδρομέδας (M31). Αν και το φως μπέρδευε τους αστρονόμους περισσότερο από μια δεκαετία, η νέα ανακάλυψη καθιστά την ιστορία ακόμα πιο μυστήρια.

Το μπλε φως προέρχεται από έναν δίσκο καυτών, νέων αστεριών. Αυτά τα αστέρια περιφέρονται γύρω από τη μαύρη τρύπα με τον ίδιο σχεδόν τρόπο όπως οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο. Οι αστρονόμους είναι μπερδεμένοι για το πώς ο πεπλατυσμένος δίσκος των άστρων θα μπορούσε να σχηματιστεί έτσι κοντά σε μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα. Σε ένα τέτοιο εχθρικό περιβάλλον, οι παλιρροιακές δυνάμεις της μαύρης τρύπας θα πρέπει να απομακρύνουν την ύλη, δυσκολεύοντας το αέριο και τη σκόνη να καταρρέουν και να σχηματίζουν τα αστέρια. Οι παρατηρήσεις, λένε οι αστρονόμοι, μπορούν να δίνουν ενδείξεις για δραστηριότητες στους πυρήνες των πιο απόμακρων γαλαξιών.

Βρίσκοντας το δίσκο με τα άστρα οι αστρονόμοι, επίσης, έχουν συλλέξει ακλόνητα στοιχεία για την ύπαρξη της τερατώδους μαύρης τρύπας. Τα στοιχεία αυτά έχουν βοηθήσει τους αστρονόμους να αποκλείσουν όλες τις εναλλακτικές θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη στον πυρήνα της Ανδρομέδας, τον οποίο οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και καιρό ότι ήταν μια μαύρη τρύπα.

"Τα βλέπουμε τα άστρα αλλά δεν ξέρουμε γιατί είναι εκεί", λέει ο Tod Lauer του Εθνικού Οπτικού Παρατηρητήριου Αστρονομίας στο Tucson της Αριζόνας. Αυτός και μια ομάδα αστρονόμων, που καθοδηγήθηκε από τον Ralf Bender του Ινστιτούτου Max Planck για την εξωγήινη φυσική στο Garching της Γερμανίας, και τον John Kormendy του πανεπιστημίου του Τέξας στο Ώστιν, έκαναν τις παρατηρήσεις με τον Hubble. Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο Astrophysical Journal.

Το Hubble εξετάζει το παράξενο μπλε φως

Ο αστρονόμος Ivan King του πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον επισήμανε αρχικά το παράξενο μπλε φως το 1995 με το τηλεσκόπιο Hubble. Σκέφτηκε ότι το φως μπορεί να έχει προέλθει από ένα μόνο φωτεινό μπλε αστέρι ή ίσως από μια πιο εξωτική ενεργητική διαδικασία. Τρία έτη αργότερα, οι Lauer και Sandra Faber του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στην πόλη Santa Cruz χρησιμοποίησαν πάλι το Hubble για να μελετήσουν το μπλε φως. Οι παρατηρήσεις τους έδειξαν ότι το μπλε φως ήταν ένα σμήνος μπλε αστεριών.

Τώρα, οι νέες φασματοσκοπικές παρατηρήσεις από το φασματογράφο απεικόνισης του Hubble (STIS) αποκαλύπτουν ότι το μπλε φως αποτελείται από περισσότερα από 400 αστέρια που σχηματίστηκαν μέσα σε μια έκρηξη δραστηριότητας, περίπου, πριν 200 εκατομμύρια έτη πριν. Τα αστέρια είναι κοντά το ένα με το άλλο σε έναν δίσκο διαμέτρου μόνο ένα έτος φωτός. Ο δίσκος είναι τοποθετημένος μέσα σε ένα ελλειπτικό δακτύλιο από παλαιότερα, πιο ψυχρά, πιο κόκκινα αστέρια που είχε φανεί στις προηγούμενες παρατηρήσεις Hubble.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν επίσης το STIS για να μετρήσουν τις ταχύτητες των άστρων. Κάτω από την έλξη της βαρύτητας της μαύρης τρύπας, τα αστέρια ταξιδεύουν πολύ γρήγορα: 3,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα, ή 1.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Κινούνται τόσο γρήγορα που θα χρειάζονταν 40 δευτερόλεπτα για να κάνουν το γύρο της Γης και έξι λεπτά για να φθάσουν στο φεγγάρι. Τα γρηγορότερα αστέρια ολοκληρώνουν μια τροχιά σε κάθε 100 χρόνια.

Ο ενεργός πυρήνας της Ανδρομέδας έκανε πιθανώς παρόμοιους δίσκους άστρων στο παρελθόν και μπορεί να συνεχίσει να τους κάνει.

"Τα μπλε αστέρια στο δίσκο είναι τόσο βραχύβια που είναι απίθανο στη μακροχρόνια ιστορία των 12 δισεκατομμυρίων ετών της Ανδρομέδα ένας τέτοιος βραχύβιος δίσκος να εμφανιζόταν τώρα", λέει ο Lauer. "Γι αυτό και σκεφτόμαστε ότι ο μηχανισμός που διαμόρφωσε αυτόν τον δίσκο με τα άστρα διαμόρφωσε πιθανώς κι άλλους αστρικούς δίσκους προηγουμένως και θα τους προκαλέσει πάλι στο μέλλον. Ακόμα δεν ξέρουμε πώς ένας τέτοιος δίσκος θα μπορούσε να διαμορφωθεί αρχικά. Παραμένει ακόμα αίνιγμα."

Ακλόνητα στοιχεία για μια μαύρη τρύπα τέρας

Εκτός από την ανακάλυψη του δίσκου των άστρων οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την έρευνα της Ανδρομέδας για να αποδείξουν ότι οι γαλαξίες φιλοξενούν μια κεντρική μαύρη τρύπα. Το 1988, μια ανεξάρτητος επίγεια μελέτη, από τον John Kormendy και άλλους ανακάλυψαν ένα κεντρικό σκοτεινό αντικείμενο στην Ανδρομέδα, που πίστευαν ότι ήταν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Ήταν η πρώτη ισχυρή περίπτωση, ενώ αργότερα ακολούθησαν άλλες 40 ανιχνεύσεις μαύρων τρυπών, οι περισσότερες από τις οποίες έγιναν από το Hubble. Εκείνες οι παρατηρήσεις, εντούτοις, δεν απόκλεισαν οριστικά μια άλλη, πολύ εξωτική, και πολύ λιγότερο πιθανής, εναλλακτικής λύσης.

"Υπάρχουν σίγουροι λόγοι να θεωρήσουμε ότι αυτές είναι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες", σχολιάζει ο Kormendy. "Αλλά οι ακραίες θεωρίες απαιτούν εξαιρετικά ισχυρά αποδεικτικά στοιχεία. Πρέπει να είμαστε βέβαιοι ότι αυτές είναι μαύρες τρύπες και όχι σκοτεινά σμήνη νεκρών αστεριών."

Οι παρατηρήσεις με το STIS της Ανδρομέδας είναι τόσο ακριβείς που οι αστρονόμοι έχουν απομακρύνει όλες τις άλλες πιθανότητες για το τι μπορεί να είναι το κεντρικό, σκοτεινό αντικείμενο. Επίσης, υπολόγισαν ότι η μάζα της μαύρης τρύπας είναι 140 εκατομμύρια φορές του ήλιου, που είναι τρεις φορές πιο μεγάλο από αυτό που αναμενόταν.

Μέχρι τώρα, σκοτεινά σμήνη έχουν αποκλειστεί οριστικά σε μόνο δύο γαλαξίες, το NGC 4258 και τον Γαλαξία μας. "Αυτοί οι δύο γαλαξίες μας δίνουν καθαρή απόδειξη ότι υπάρχουν οι μαύρες τρύπες", προσθέτει ο Kormendy. "Αλλά και οι δύο είναι ειδικές περιπτώσεις - ο NGC 4258 περιέχει έναν δίσκο με μέϊζερ ύδατος που παρατηρούμε με τα ραδιοτηλεσκόπια, και το γαλαξιακό κέντρο μας είναι τόσο κοντά που μπορούμε να παρακολουθήσουμε μεμονωμένες αστρικές τροχιές. Η Ανδρομέδα είναι ο πρώτος γαλαξίας στον οποίο μπορούμε να αποκλείσουμε όλες τις εξωτικές εναλλακτικές λύσεις σε μια μαύρη τρύπα χρησιμοποιώντας το Hubble και χρησιμοποιώντας τις ίδιες τεχνικές με τις οποίες βρίσκουμε σχεδόν όλες τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες."

"Τώρα που έχουμε αποδείξει ότι η μαύρη τρύπα είναι στο κέντρο του δίσκου των μπλε άστρων, ο σχηματισμός αυτών των αστεριών είναι δύσκολο να κατανοηθεί", προσθέτει ο Bender. "Το αέριο που μπορεί να διαμορφώσει αυτά τα αστέρια πρέπει να περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα πολύ γρήγορα - και ακόμα πολύ γρηγορότερα κοντά στη μαύρη τρύπα από όσο μακριά της - έτσι ο σχηματισμός των αστεριών φαίνεται σχεδόν αδύνατος. Αλλά τα αστέρια είναι εκεί."

Ο ενεργός πυρήνας ενός γαλαξία

Η μαύρη τρύπα και ο δίσκος των αστεριών δεν είναι τα μόνα κομμάτια της αρχιτεκτονικής στον πυρήνα της Ανδρομέδα. Μια ομάδα που καθοδηγήθηκε από τους Lauer και Faber χρησιμοποίησε το Hubble το 1993 για να ανακαλύψει ότι ο γαλαξίας αυτός εμφανίζεται να έχει ένα διπλό σμήνος αστεριών στο κέντρο του. Αυτή η ανακάλυψη ήταν μια έκπληξη, επειδή δύο σμήνη θα πρέπει να συγχωνεύονται σε ένα μόνο σε μερικές εκατοντάδες χιλιάδες έτη. Ο Scott Tremaine του πανεπιστημίου Princeton έλυσε αυτό το πρόβλημα προτείνοντας ότι ο "διπλός πυρήνας" ήταν πραγματικά ένας μόνο δακτύλιος με παλαιά, κόκκινα αστέρια. Ο δακτύλιος έμοιαζε με δύο σμήνη αστεριών, επειδή οι αστρονόμοι έβλεπαν μόνο τα αστέρια στις αντίθετες άκρες του δακτυλίου. Ο δακτύλιος είναι περίπου πέντε έτη φωτός μακριά από τη μαύρη τρύπα και τον περιβάλλοντα δίσκο των μπλε άστρων του. Ο δίσκος και ο δακτύλιος έχουν την ίδια κλίση όπως φαίνονται από τη Γη, κάτι που δείχνει ότι αυτά μπορεί να σχετίζονται.

Αν και οι αστρονόμοι μένουν έκπληκτοι που βρήκαν έναν μπλε δίσκο άστρων που στροβιλίζονται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, λένε επίσης ότι η μπερδεμένη αυτή αρχιτεκτονική μπορεί να μην είναι ασυνήθιστη.

"Η δυναμική μέσα στον πυρήνα αυτού του γειτονικού γαλαξία μπορεί να είναι πιο κοινή από όσο σκεφτόμαστε", εξηγεί ο Lauer. "Ο Γαλαξίας μας έχει προφανώς ακόμα νεώτερα αστέρια κοντά στη μαύρη τρύπα του. Φαίνεται απίθανο ότι μόνο οι πιο κοντινοί δύο μεγάλοι γαλαξίες πρέπει να αναπτύσσουν αυτήν την περίεργη δραστηριότητα κι όχι αυτός. Έτσι αυτή η συμπεριφορά μπορεί να μην είναι η εξαίρεση αλλά ο κανόνας. Και έχουμε βρει κι άλλους γαλαξίες που έχουν έναν διπλό πυρήνα."