|
Επιστήμονες τρόμαξαν όταν ανακάλυψαν το 2004 ότι το κέντρο του
Γαλαξία μας εκπέμπει ακτίνες γάμμα με ενέργειες δεκάδες τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ.
Όμως τώρα αστροφυσικοί στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα, στο Εθνικό Εργαστήριο
Los Alamos και στο πανεπιστήμιο της Αδελαϊδας έχουν ανακαλύψει έναν μηχανισμό
που να παραγάγει αυτές τις υψηλής ενέργειας ακτίνες γάμμα. Η μαύρη τρύπα στο
κέντρο του Γαλαξία θα μπορούσε να δουλεύει σαν ένας κοσμικός επιταχυντής σωματιδίων
στον οποίο συνθλίβονται πρωτόνια με απίστευτες ταχύτητες και τελικά τη δημιουργία
υψηλής ενέργειας ακτίνων γάμμα.
 Αυτό
το σκίτσο επεξηγεί την ιδέα ότι η μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία είναι
σαν ένας εξαιρετικά ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων, στον οποίο επιταχύνονται
πρωτόνια στο περιβάλλον μαγνητικό πλάσμα και που τα εκσφενδονίζει σε πρωτόνια
χαμηλής ενέργειας με τέτοια ενέργεια που προκύπτουν από τη σύγκρουση υψηλής
ενέργειας ακτίνες γάμμα. Η κίτρινη γραμμή απεικονίζει ένα υψηλής ενέργειας
πρωτόνιο που κτυπά ένα πρωτόνιο χαμηλής ενέργειας μέσα στο νέφος του αερίου
υδρογόνου. Το πράσινο βέλος αντιπροσωπεύει την υψηλής ενέργειας ακτίνα γάμμα
η οποία προκύπτει από τη σύγκρουση των πρωτονίων.
"Είναι παρόμοιο με το ίδιο είδος πειραμάτων σωματιδιακής φυσικής,
που θα εκτελεστεί σε λίγους μήνες στο Μεγάλο Αδρονικό Συγκρουστή (LHC), ο
οποίος κατασκευάζεται τώρα στο CERN", λέει ο αστροφυσικός του πανεπιστημίου
της Αριζόνα David Ballantyne.
Όταν τελειώσει ο LHC στην Ελβετία θα είναι σε θέση να επιταχύνει πρωτόνια
έως 7 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ. Η μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας αναγκάζει
τα πρωτόνια να συγκρούονται με αποτέλεσμα να αποκτούν ενέργειες τουλάχιστον
100 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ, σύμφωνα με τη νέα μελέτη της ομάδας. Αυτό
είναι το πλέον εντυπωσιακό επειδή η "μαύρη τρύπα μας είναι αρκετά ανενεργή
έναντι άλλων τεράστιων μαύρων οπών στο κέντρο άλλων γαλαξιών", σημειώνει ο
Ballantyne.
Για πολλά χρόνια το μέλος της ομάδας Fulvio Melia, του πανεπιστημίου της Αριζόνα,
έχει αναπτύξει μια θεωρία για το τι μπορεί να συμβαίνει πολύ κοντά στη μαύρη
τρύπα του Γαλαξία. Ο Melia και η ομάδα του βρίσκουν ότι ισχυρά, χαοτικά μαγνητικά
πεδία επιταχύνουν τα πρωτόνια και άλλα σωματίδια κοντά στη μαύρη τρύπα σε
εξαιρετικά υψηλές ενέργειες.
"Το κεντρικό υπερμεγέθης αντικείμενο του Γαλαξία μας είναι μια σταθερή πηγή
έκπληξης από τότε που ανακαλύφθηκε πριν περίπου 30 χρόνια", λέει ο Melia.
"Αργά αλλά σίγουρα έχει γίνει η καλύτερα μελετημένη μαύρη τρύπα στον κόσμο.
Ακόμη και τώρα διαπιστώνουμε ότι η προφανής ησυχία της σε ένα μεγάλο μέρος
του φάσματος διαψεύδει την πραγματική ισχύ που παράγει πάνω από τον ορίζοντα
γεγονότων, το σημείο μη επιστροφής."
Ο Ballantyne χρησιμοποίησε λεπτομερείς, ρεαλιστικούς χάρτες του διαστρικού
αερίου που επεκτείνεται 10 έτη φωτός πέρα από τη μαύρη τρύπα, για να κάνει
ένα υπολογιστικό μοντέλο για το αν τα επιταχυνόμενα πρωτόνια που προωθούνται
από το γαλαξιακό κέντρο θα παρήγαν ακτίνες γάμμα.
Αυτοί υπολόγισαν με ποιό τρόπο τα πρωτόνια θα κινούνταν σε αυτό το
μέσο, λαμβάνοντας υπόψη τη μαγνητική δύναμη που αλλάζει τις τροχιές των πρωτονίων.
Επίσης, η ομάδα υπολόγισε 222.000 τροχιές πρωτονίων για να κάνει μια στατιστικά
σωστή μελέτη.
Ακόμα κι αν τα πρωτόνια κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, η κίνησή
τους είναι τόσο τυχαία που το ταξίδι τους διαρκεί αρκετές χιλιάδες χρόνια
μέχρι να φτάσουν σε μια απόσταση 10 έτη φωτός από τη μαύρη τρύπα. Αφότου δραπετεύσουν
από το περιβάλλον της μαύρης τρύπας τα υψηλής ενέργειας πρωτόνια, πετούν μακριά
στο διαστρικό μέσο, όπου συγκρούονται με τα χαμηλής ενέργειας πρωτόνια (αέριο
υδρογόνου) παράγοντας πιόνια. Αυτά τα σωματίδια αποσυντίθενται γρήγορα στις
υψηλής ενέργειας ακτίνες γάμμα που ταξιδεύει σε όλες τις κατευθύνσεις.
Οι Ballantyne, Melia και οι συνάδελφοί τους διαπίστωσαν ότι αυτή η διαδικασία
μπορεί να εξηγήσει το ενεργειακό φάσμα και τη φωτεινότητα των ακτίνων γάμμα
που παρατηρούν οι αστρονόμοι. Οι ερευνητές ανιχνεύουν την υψηλής ενέργειας
εκπομπή ακτίνων γάμμα με τα επίγεια τηλεσκόπια, που βρίσκονται στη Ναμίμπια,
στο παρατηρητήριο Whipple στη νοτιοανατολική Αριζόνα, και αλλού.
"Ακόμα κι αν η κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας δεν εκτινάσσει η ίδια
άφθονο πλάσμα στο περιβάλλον μέσο, αυτή η ανακάλυψη μπορεί έμμεσα να εξηγήσει
πώς οι ισχυρότερες μαύρες τρύπες στον Κόσμο, συμπεριλαμβανομένων και των κβάζαρ,
παράγουν τους τεράστιους πίδακες σε διαστρικές αποστάσεις. Η ίδια εκσφενδόνιση
σωματιδίων βεβαίως εμφανίζεται σε όλα σχεδόν τα συστήματα των μαύρων οπών,
αν και με πολύ μεγαλύτερη ισχύ ενωρίτερα στον Κόσμο", εξηγεί ο Melia.
Μόνο το 31% των 222.000 τροχιών πρωτονίων στο δείγμα τους παρήγαγαν ακτίνες
γάμμα σε αποστάσεις 10 έτη φωτός από τη μαύρη τρύπα, λέει ο Ballantyne. Το
άλλο 69% διέφυγε σε μεγαλύτερες αποστάσεις, όπου πιθανώς, επίσης, θα αλληλεπιδράσουν
με άλλα σωματίδια για να παράγουν ακτίνες γάμμα.
"Οι αστρονόμοι, πράγματι, παρατηρούν ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας από τις
εσωτερικές περιοχές του Γαλαξία", συμπληρώνει ο Ballantyne. "Είναι πιθανόν
αυτή η εκπομπή να προκαλείται επίσης από πρωτόνια που επιταχύνονται κοντά
στην κεντρική μαύρη τρύπα."
|
