Το Integral  της ESA θα κάνει μια μεγάλη απογραφή των μαύρων οπών

Πηγή: ESA News, 7 Σεπτεμβρίου 2006

Οι μαύρες τρύπες μπορεί να είναι αόρατες μεν, αλλά η υπέρθερμη ύλη που συσσωρεύεται γύρω από αυτές λάμπει πολύ έντονα στο φάσμα των ακτίνων γάμμα. Οι περισσότερες από αυτές τις μαύρες τρύπες είναι τόσο μακριά μας, που οι ακτίνες τους γάμμα μοιάζουν με μια διάχυτη ακτινοβολία υποβάθρου, που καλύπτει τον ουρανό Αλλά οι αστρονόμοι με τη βοήθεια του διαστημικού σκάφους Integral της ESA  που ανιχνεύει ακτίνες γάμμα, έχουν κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τον υπολογισμό του αριθμού των μαύρων οπών που υπάρχουν στον Κόσμο.

Πρόσφατα το διαστημικό σκάφος Integral της ESA βαθμολόγησε το επίπεδο αυτής της ακτινοβολίας υποβάθρου παρατηρώντας ένα σημείο του ουρανού, και άφησε τη Γη να περάσει μπροστά του, για να εμποδίσει να εισέλθει αργά - αργά η ακτινοβολία. Χρησιμοποιώντας λοιπόν αυτούς τους υπολογισμούς, οι αστρονόμοι θα είναι αρκετά ικανοί να διακρίνουν τις σημειακές πηγές των ακτίνων γάμμα από την έρευνα της ακτινοβολίας υποβάθρου.

Έτσι, οι αστρονόμοι με τη βοήθεια του διαστημικού παρατηρητηρίου των ακτίνων γάμμα Integral της ESA, έκαναν  ένα σημαντικό βήμα προς τον υπολογισμό του αριθμού των μαύρων οπών που υπάρχουν στον Κόσμο.

Μια διεθνής επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τους Eugene Churazov και Rashid Sunyaev, του Διαστημικού Ερευνητικού Ιδρύματος στη Μόσχα, μαζί με ειδικούς που χρησιμοποιούν το παρατηρητήριο Integral, χρησιμοποίησαν τη Γη σαν μια γιγαντιαία ασπίδα για να παρατηρήσουν ότι ο αριθμός των ενδείξεων των ακτίνων γάμμα από το απόμακρο σύμπαν ελαττώνεται στο μηδέν, μόλις ο πλανήτης μας περνούσε από μπροστά τους και φυσικά εμπόδιζε την παρατήρηση τους.

"Αν στοχεύσουμε οπουδήποτε στο διάστημα με το Integral αυτό θα μετρήσει ακτίνες γάμμα", λέει ο Pietro Ubertini από το INAF της Ιταλίας, και κύριος υπεύθυνος για τη διάταξη που ανιχνεύει τις ακτίνες γάμμα. Οι περισσότερες από αυτές τις ακτίνες γάμμα δεν προέρχονται από κοντινές πηγές αλλά από ουράνια αντικείμενα τόσο μακριά που δεν μπορούν να διακριθούν ακόμα και ως μεμονωμένες πηγές. Αυτή η απόμακρη εκπομπή ακτίνων γάμμα δημιουργεί μια διαρκή πυράκτωση που λούζει το Σύμπαν.

Οι περισσότεροι αστρονόμοι θεωρούν ότι τα απαρατήρητα αντικείμενα είναι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές βαρύτερες από τον ήλιο μας και η κάθε μία τους βρίσκεται στο κέντρο κάθε γαλαξία. Καθώς οι μαύρες τρύπες 'καταπίνουν' την ύλη, τα στροβιλιζόμενα αέρια εκπέμπουν ακτίνες X και ακτίνες γάμμα. Οι ακριβείς μετρήσεις της λάμψης, γνωστής ως υπόβαθρο ακτίνων X και ακτίνων γάμμα, είναι το πρώτο βήμα για τον υπολογισμό του αριθμού των μαύρων οπών συμβάλλουν στη λάμψη και πόσο μακριά βρίσκονται στο Σύμπαν.

Οι νέες παρατηρήσεις του Integral έγιναν τον Ιανουαρίου - Φεβρουαρίου του 2006 και έδωσαν ιδιαίτερα ακριβή στοιχεία όσον αφορά το υπόβαθρο των ακτίνων γάμμα. Το κλειδί για την επιτυχία αυτή βρίσκεται στη χρησιμοποίηση της Γης ως ασπίδα της λάμψης του υποβάθρου των ακτίνων γ. 

Και μάλιστα για πρώτη φορά επιτρέψαμε στη Γη να εισέλθει στο οπτικό πεδίο του Integral, κάτι που είναι αντίθετο στις συνηθισμένες παρατηρήσεις του δορυφόρου, επειδή οι συσκευές που καθορίζουν την θέση του διαστημικού σκάφους τυφλώνονται από τη φωτεινή Γη. Έτσι, αυτή η λειτουργία δυσκόλεψε τις επιστημονικές ομάδες της αποστολής, η οποία έπρεπε να στηριχθεί στους εναλλακτικούς μηχανισμούς ελέγχου του διαστημικού σκάφους. Αλλά ο κίνδυνος αυτός άξιζε τον κόπο: μετρώντας τη μείωση της ροής των ακτίνων γάμμα - μόλις εμπόδισε η Γη την θέαση του Integral -, οι αστρονόμοι μέτρησαν ακριβώς το υπόβαθρο των ακτίνων γάμμα.

Ένα άλλο πλεονέκτημα από τις παρατηρήσεις του Integral είναι ότι τα συμπληρωματικά όργανα του διαστημικού παρατηρητήριου επέτρεψαν να μετρηθεί  ταυτόχρονα η ισχύς των ακτίνων X αλλά και των ακτίνων γάμμα. Στο παρελθόν, έπρεπε διαφορετικοί δορυφόροι να μετρήσουν τις διαφορετικές ενέργειες των ακτίνων X και των ακτίνων γάμμα, και για αυτό οι αστρονόμοι έπρεπε να συνδυάσουν τα δύο αποτελέσματα μαζί, σαν τα κομμάτια ενός παζλ.

Αλλά δεν είναι μόνο η συνολική λάμψη που έχει δει το Integral. Πριν από την εκτόξευση του δορυφόρου, είχαν παρατηρηθεί μερικές μόνο δωδεκάδες ουράνια αντικείμενα που εξέπεμπαν ακτίνες γάμμα. Τώρα όμως το Integral είδε περίπου 300 μεμονωμένες πηγές στο Γαλαξία μας και περίπου 100 από τις πιο φωτεινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε άλλους γαλαξίες. Αυτές είναι όμως η κορυφή του παγόβουνου. Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι υπάρχουν δεκάδες εκατομμυρίων ενεργές μαύρες τρύπες διασκορπισμένες σε όλο το διάστημα, που όλες τους συμβάλλουν στο υπόβαθρο των ακτίνων γάμμα. Από τις προηγούμενες παρατηρήσεις στη ζώνη των πιο μαλακών ακτίνων X είναι γνωστό ότι αυτή η ακτινοβολία υποβάθρου σχεδόν εξ ολοκλήρου εποικείται από ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN). Έτσι είναι ιδιαίτερα πιθανό ότι αυτά τα αντικείμενα είναι επίσης υπεύθυνα και για τις υψηλότερες ενέργειες του Integral, ακόμα κι αν αυτό δεν έχει αποδειχθεί μέχρι τώρα.

Το επόμενο βήμα για τους αστρονόμους είναι να προγραμματίσουν τα υπολογιστικά μοντέλα για να υπολογίσουν πώς συγχωνεύεται η εκπομπή από αυτόν τον απαρατήρητο πληθυσμό των μαύρων οπών για να δώσει την παρατηρηθείσα πυράκτωση. Αυτά τα μοντέλα των υπολογιστών θα προβλέψουν τελικά τον αριθμό και την απόσταση των μαύρων οπών, και θα δώσουν ιδέες για τον τρόπο που συμπεριφέρονται αυτές στο κέντρο των νέων, μέσης ηλικίας και παλαιών γαλαξιών. Εν τω μεταξύ, η ομάδα του Integral θα συνεχίσει να ραφινάρει τις μετρήσεις της στο υπόβαθρο των ακτίνων γάμμα.

Το διαστημικό αστεροσκοπείο εκτοξεύτηκε στις 17/10/2002 με την προωθητική δύναμη ενός ρωσικού πυραύλου «Πρώτον», που είχε ύψος 57 μέτρων και βάρος 700 τόνων και ο οποίος τοποθέτησε τη διαστημοσυσκευή σε μια ελλειπτική τροχιά με χρονική περίοδο 72 ωρών, που το φέρνει σε ελάχιστη απόσταση από τη Γη 9.000 χλμ. και μέγιστη 153.000 χλμ. Tο όλο σύμπλεγμα έχει βάρος τεσσάρων τόνων, περιλαμβανομένων και των καυσίμων που απαιτούνται για τους διάφορους  ελιγμούς του, και αποτελείται από δύο βασικά τμήματα, τη μονάδα εξυπηρέτησης και τη μονάδα παρατηρήσεων που αποτελείται από 4 επιστημονικά όργανα. Η διάμετρος του συμπλέγματος είναι 3,7 μ. και το ύψος του 5 μ., ενώ τα πτερύγια ηλιακών κυψελίδων με μήκος 16 μ. παρέχουν στο όλο σύμπλεγμα τον απαιτούμενο  ηλεκτρισμό.

Έχει σχεδιαστεί για να συγκεντρώνει τις πιο ενεργές ακτινοβολίες που εκτοξεύονται από τα πιο βίαια φαινόμενα στο Σύμπαν, αφού οι ακτίνες γάμα είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο ενεργές από τις οπτικές ακτινοβολίες και ιδιαίτερα επικίνδυνες για τη ζωή στη Γη.

Οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα (GRB) που έχουν καταγραφεί διαρκούν από χιλιοστά του δευτερολέπτου έως χίλια δευτερόλεπτα, και οι τεράστιες ενέργειες που αποδίδουν, είναι παρεμφερείς με αυτές που εκλύονται σε εκρήξεις υπερκαινοφανών. Αυτό υποδεικνύει μια στενή σχέση μεταξύ GRB και υπερκαινοφανών.

Μετά από μια έκρηξη ακτίνων-γ (GRB), διαρκείας πάνω από δύο δευτερόλεπτα, ακολουθούν εκλάμψεις σε άλλα μήκη κύματος. Καμιά όμως GRB κάτω από δύο δευτερόλεπτα δεν έχει ακολουθηθεί από άλλες εκλάμψεις.

Στο μεταξύ, υπάρχουν πολλοί δορυφόροι σε τροχιά, όπως το Integral, κι αργότερα ακολουθεί το Swift της NASA το Μάιο του 2004 καθώς και το GLAST. Επίσης, σε τροχιά είναι ο δορυφόρος HETE-ΙΙ, με τον οποίο έχουν γίνει πολλές παρατηρήσεις των GRB.