Πρωτόνια και ηλεκτρόνια είναι η φύση των πιδάκων από τις μαύρες τρύπες

Πηγή: Κέντρου Διαστημικής Πτήσης Goddard, 5 Οκτωβρίου 2006

Ιταλοί επιστήμονες καθώς και της NASA που χρησιμοποιούν το διαστημικό σκάφος Swift της NASA, που εκτοξεύτηκε το Νοέμβριο του 2004, καθόρισαν για πρώτη φορά από τι αποτελούνται οι πίδακες σωματιδίων, που ρέουν από τις μαύρες τρύπες.

Οι πίδακες σωματιδίων των μαύρων οπών φαίνονται συνήθως στα κβάζαρ και άλλα ουράνια αντικείμενα να ρέουν με, σχεδόν, την ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με την επιστημονική ομάδα, αυτοί οι πίδακες εμφανίζονται να αποτελούνται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια, λύνοντας έτσι ένα μυστήριο τόσο παλαιό όσο και η ανακάλυψη των ίδιων των πιδάκων στη δεκαετία του '70. Οι πίδακες που παρατηρούνται από το Swift περιέχουν μια μάζα σαν του Δία εάν κονιοποιηθεί και ανατιναχτεί η ύλη αυτή στο διαγαλαξιακό χώρο.

Οι πίδακες σωματιδίων των μαύρων οπών δραπετεύουν συνήθως από τα όρια των γαλαξιών που τις φιλοξενούν και ρέουν για εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός. Αυτοί είναι ένα πρωταρχικό μέσον αναδιανομής της ύλης και της ενέργειας στο σύμπαν. Είναι ένα κλειδί για την κατανόηση του σχηματισμού των γαλαξιών και είναι δεμένοι με πολυάριθμα κοσμικά μυστήρια, όπως η προέλευση των υπερβολικά υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων.

"Οι πίδακες των μαύρων οπών είναι ένα από τα μεγάλα παράδοξα στην αστρονομία", λέει η Rita Sambruna του Κέντρου Διαστημικής Πτήσης Goddard της NASA. "Πώς ενώ οι μαύρες τρύπες είναι τόσο ικανές να τραβήξουν την ύλη προς τα μέσα, μπορούν επίσης να επιταχύνουν την ύλη τόσο μακριά με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός; Ακόμα δεν ξέρουμε πώς αυτοί οι πίδακες σχηματίζονται, αλλά τουλάχιστον έχουμε τώρα μια στέρεα άποψη από τι αποτελούνται."

Η σύνθεση των πιδάκων που ρέουν από τις μαύρες τρύπες είναι το θέμα μιας θερμής συζήτησης για αρκετές δεκαετίες. Οι επιστήμονες γενικά συμφωνούν ότι οι πίδακες πρέπει να αποτελούνται είτε από ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, είτε ένα μίγμα ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Οι πρόσφατες θεωρητικές και παρατηρητικές πρόοδοι έχουν δείξει προς την κατεύθυνση των τελευταίων. Τα στοιχεία του Swift δίνουν τις πιο καλύτερες αποδείξεις μέχρι σήμερα ότι οι πίδακες πρέπει να έχουν πρωτόνια.

Τα περισσότερα κβάζαρ έχουν πίδακες. Ένα κβάζαρ είναι ο πυρήνας ενός λαμπρού ή ενεργού γαλαξία που τροφοδοτείται με καύσιμα από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, η οποία περιέχει μάζα εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές αυτής του ήλιου μας, ενώ περιορίζεται μέσα σε μια περιοχή στο μέγεθος του ηλιακού συστήματός μας. Τα σωματίδια ρέουν συνήθως σε αντίθετες μεριές, κατά ζεύγη, εκτινασσόμενα κάθετα από τον επίπεδο δίσκο του αερίου που στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα.

Η ομάδα της Sambruna, μελέτησε έναν τύπο κβάζαρ που λέγεται blazar. Το Blazar είναι ένα κβάζαρ με τους πίδακες σωματιδίων του να στοχεύουν προς την κατεύθυνσή μας. Η ομάδα μελέτησε δύο blazars, το 0212+735 και το PKS 0537-286, και τα δύο είναι πάνω από 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Προηγουμένως, τα τηλεσκόπια δεν ήταν σε θέση να συλλάβουν πολλές λεπτομέρειες των πιδάκων από τις μαύρες τρύπες σε μια περιοχή μήκους κύματος μεταξύ των ακτίνων X και των ακτίνων γάμμα, που αντιστοιχούν σε ένα ενεργειακό εύρος 10 keV και πάνω. Αυτό το εύρος, εντούτοις, είναι εκεί όπου το Swift είναι πιο ευαίσθητο.

Η ομάδα της Sambruna βρήκε μια αιχμή στο ρυθμό ανίχνευσης των φωτονίων στα 10 keV και έπειτα είχε μια μείωση. Δηλαδή ο αριθμός των φωτονίων των ακτίνων X ανέβαινε σταθερά μέχρι τα 10 keV και μετά μειώθηκαν. Από αυτές τις πληροφορίες και τα νέα υπολογιστικά μοντέλα που φτιάχτηκαν, η ομάδα θα μπορούσε να αποκλείσει την παρουσία ζευγών ηλεκτρόνιο-ποζιτρονίων.

Η ανάλυση έλαβε διάφορα μέτρα. Τα στοιχεία του Swift παρείχαν αρκετές πληροφορίες για να βρουν ότι οι πίδακες κινούνταν στο 99,9 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός και περιείχαν 200 δισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια σωματίδια. Από αυτό, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να καθορίσουν τη συνολική κινητική ενέργεια, η οποία είναι ένα πρώτο στοιχείο. Συγκρίνοντας την κινητική ενέργεια με την ακτινοβολούσα ενέργεια του φωτός, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να καθορίσουν τη μάζα του πίδακα και τελικά το περιεχόμενό του.

"Ο πίδακας περιέχει σχεδόν ίση μάζα με τον Δία, που σημαίνει ότι η κεντρική μαύρη τρύπα είναι σαν ένα πυροβόλο που εκτοξεύει έναν μεγάλο κονιοποιημένο πλανήτη με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός έξω από το γαλαξία", λένε οι επιστήμονες. "Είναι ένα τεράστιο ποσό ενέργειας που αφήνει το σύστημα της μαύρης τρύπας, και αυτό συμβαίνουν σε όλο το σύμπαν" συνεχίζει.

Η ανακάλυψη είναι ένα σημαντικό βήμα για τον καθορισμό της δημιουργίας των πιδάκων, ένας στόχος για το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Ευρείας Περιοχής, ή GLAST, που προγραμματίζεται να πετάξει του χρόνου, το φθινόπωρο του 2007.