|
Το διαστημικό παρατηρητήριο στις ακτίνες-Χ XMM-Newton της ESA
έχει βοηθήσει να βρεθούν αποδεικτικά στοιχεία για την ύπαρξη των αμφισβητούμενων
ενδιάμεσης μάζας μαύρων οπών. Οι επιστήμονες τώρα χρησιμοποίησαν μια νέα,
πρόσφατα αποδεδειγμένη μέθοδο για τον υπολογισμό της μάζας των μαύρων οπών.
Οι Nikolai Shaposhnikov και Lev Titarchuk, στο Κέντρο Διαστημικών
Πτήσεων Goddard της NASA (GSFC), έχουν χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνική για
να οριστεί η μάζα της μαύρης τρύπας, Cygnus Χ-1, που βρίσκεται στον αστερισμό
του Κύκνου, περίπου, 10.000 έτη φωτός μακριά στο Γαλαξία μας.
Αυτή η κομψή τεχνική, που προτάθηκε πρώτα από τον Titarchuk το 1998, δείχνει
ότι ο Κύκνος Χ-1, μέρος ενός δυαδικού συστήματος, περιέχει 8,7 ηλιακές μάζες,
με ένα περιθώριο λάθους μόνο 0,8 ηλιακές μάζες. Η μαύρη τρύπα Cygnus Χ-1 ήταν
μία από τις πρώτες ανακαλυφθείσες μαύρες τρύπες που προέκυψαν στις αρχές της
δεκαετίας του '70. Αυτό το δυαδικό σύστημα αποτελείται από ένα μπλε υπεργίγαντα
άστρο και ένα ογκώδη αλλά αόρατο σύντροφο του.
Κάποιες εναλλακτικές τεχνικές προηγουμένως είχαν προτείνει ότι το αόρατο αντικείμενο
ήταν μια μαύρη τρύπα, περίπου 10 ηλιακές μάζες. "Αυτή η συμφωνία στην τιμή
της μάζας μας λέει ότι πρέπει να έχουμε εμπιστοσύνη στη μέθοδο μας," λέει
ο Shaposhnikov. Μπορεί η νέα μέθοδος μας να βοηθήσει ώστε να καθοριστεί η
μάζα μιας μαύρης τρύπας, όταν αποτυγχάνουν οι άλλες εναλλακτικές τεχνικές",
προσθέτει ο Titarchuk.
Εργαζόμενος ανεξάρτητα από τους Shaposhnikov και Titarchuk, οι Tod Strohmayer
και Richard Mushotzky, επίσης από το GSFC, χρησιμοποίησαν την τεχνική του
Titarchuk στα στοιχεία από το Παρατηρητήριο XMM και 'σκόνταψαν' πάνω σε μια
μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας (IMBH) - η ύπαρξη της οποίας είναι θεωρητικά
αμφισβητούμενη.
Οι δύο τελευταίοι επιστήμονες υπολόγισαν ότι μια υπερφωτεινή πηγή ακτίνων
X πηγή στον κοντινό γαλαξία, NGC 5408, κρύβει μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου
2.000 της μάζας του ήλιου μας."Είναι μια από τις καλύτερες ενδείξεις μέχρι
σήμερα για μία μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας (IMBH)", λέει ο Strohmayer.
Η ύπαρξη της IMBH είναι αμφισβητούμενη επειδή δεν υπάρχει κανένας αποδεκτός
μηχανισμός από όλους για το πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν. Αλλά αυτές οι
ενδιάμεσες μαύρες τρύπες θα συμπλήρωναν ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ των μαύρων
οπών, όπως είναι ο Cygnus Χ-1 - που σχηματίζεται από την κατάρρευση τεράστιων
άστρων και περιέχουν ίσως 5 έως 20 ηλιακές μάζες - και των αληθινών "τεράτων"
(μέχρι και χίλια εκατομμύρια ηλιακές μάζες), που κρύβονται στους πυρήνες των
μεγάλων γαλαξιών.
Η μέθοδος του Titarchuk εκμεταλλεύεται μια σχέση μεταξύ μιας μαύρης τρύπας
και του περιβάλλοντος δίσκου προσαύξησής της. Το αέριο που είναι σε τροχιά
σε αυτούς τους δίσκους κινείται τελικά σπειροειδώς προς τη μαύρη τρύπα. Όταν
ο ρυθμός προσαύξησης μιας μαύρης τρύπας είναι μεγάλος, τότε συσσωρεύεται υλικό
κοντά στη μαύρη τρύπα σε μια καυτή περιοχή, που ο Titarchuk παρομοιάζει με
μια κυκλοφοριακή συμφόρηση.
Ο Titarchuk έχει δείξει ότι η απόσταση, στην οποία εμφανίζεται αυτή η συμφόρηση,
από τη μαύρη τρύπα εξαρτάται άμεσα από τη μάζα της μαύρης τρύπας. Όσο πιο
μεγάλη είναι η μάζα της μαύρης τρύπας, τόσο πιο πιο μακριά γίνεται αυτή η
συμφόρηση και τόσο περισσότερη είναι η τροχιακή περίοδος.
Σε ένα υπολογιστικό μοντέλο του, το καυτό αέριο που συσσωρεύεται στην περιοχή
συμφόρησης συνδέεται με τις παρατηρήσεις των μεταβολών έντασης των ακτίνων
X που επαναλαμβάνονται σχεδόν, αλλά όχι τέλεια, περιοδικά. Αυτές οι Σχεδόν
Περιοδικές Ταλαντώσεις (QPO) των ακτίνων Χ παρατηρούνται σε πολλά συστήματα
μαύρων οπών. Οι Σχεδόν Περιοδικές Ταλαντώσεις QPO συνοδεύονται από απλές,
προβλέψιμες αλλαγές στο φάσμα του συστήματος σαν τις θερμότητες και τις ψύξεις
του περιβάλλοντος αερίου ως ανταπόκριση στο μεταβαλλόμενο ρυθμό προσαύξησης.
Μια καλλιτεχνική εικόνα ενός δυαδικού συστήματος που περιλαμβάνει μία μαύρη
τρύπα και ένα άστρο γύρω από αυτήν
Ακριβείς μετρήσεις από τον δορυφόρο των ακτίνων X Rossi της NASA
(RXTE) έχουν παρουσιάσει μια στενή σχέση μεταξύ της συχνότητας των συστημάτων
με Σχεδόν Περιοδικές Ταλαντώσεις (QPO) και του φάσματος, πληροφορώντας τους
αστρονόμους για το πόσο αποτελεσματικά παράγει ακτίνες X η μαύρη τρύπα.
Χρησιμοποιώντας έτσι τον δορυφόρο RXTE, οι Shaposhnikov και Titarchuk έχουν
εφαρμόσει αυτήν την μέθοδο σε τρεις αστρικές μαύρες τρύπες μέσα στον Γαλαξία
μας και έχουν δείξει ότι οι παραγόμενες μάζες από τις QPO συμπίπτουν με τις
μετρήσεις της μάζας από άλλες τεχνικές.
Επίσης, χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο των ακτίνων-X XMM-Newton της ESA,
οι Strohmayer, Mushotzky, και οι συνάδελφοί τους ανίχνευσαν δύο QPO στο αντικείμενο
NGC 5408 Χ-1.
Το αντικείμενο NGC 5408 Χ-1 είναι η φωτεινότερη πηγή ακτίνων X στο μικρό,
ανώμαλο γαλαξία NGC 5408, 16 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό
του Κενταύρου. Οι συχνότητες της QPO, καθώς επίσης και τα φασματικών χαρακτηριστικά
φωτεινότητας της πηγής, υπονοούν ότι τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα ενδιάμεσης
μάζας IMBH.
"Είχαμε δύο άλλους τρόπους για να υπολογίσουμε τη μάζα της μαύρης τρύπας,
και οι τρεις μέθοδοι τώρα συμφωνούν μέσα σε έναν παράγοντα δύο", λέει ο Mushotzky.
"Δεν έχουμε την απόδειξη ότι αυτό είναι μια IMBH, αλλά η υπεροχή των αποδείξεων
προτείνει ότι είναι."
Ένας άλλος αστρονόμος, ο Roberto Soria του Σμιθσονιτικού Κέντρου για την Αστροφυσική
του Χάρβαρντ, νομίζει ότι η μάζα της μαύρης τρύπας είναι κοντά σε εκατό ήλιους.
Δίσκος προσαύξησης ή επαύξησης: Όταν η
ύλη οδεύει προς τη μαύρη τρύπα είναι δυνατόν να σχηματίσει λόγω διατήρησης
της στροφορμής, ένα περιστρεφόμενο δίσκο πριν αυτή πέσει μέσα στη μαύρη
τρύπα. Τα σωματίδια της ύλης στο δίσκο έχουν μεγάλη κινητική ενέργεια και
κατά τη πτώση τους μέσα στη μαύρη τρύπα εκπέμπουν φωτόνια υψηλής ενέργειας
δηλαδή ακτίνες Χ.
|
