Ο Γαλαξίας μας μπορεί να έχει εκατοντάδες περιπλανώμενες ελεύθερα μαύρες τρύπες

Πηγή: ScienceDaily, 8 Ιανουαρίου 2008

Εάν η πιο πρόσφατη προσομοίωση του τι συμβαίνει όταν συγχωνεύονται οι μαύρες τρύπες είναι σωστή, θα μπορούσαν να υπάρχουν εκατοντάδες ελεύθερες μαύρες τρύπες, που η κάθε μία να ζυγίζει αρκετές χιλιάδες φορές τη μάζα του ήλιου, περιπλανώμενες γύρω από το Γαλαξία μας.

"Οι περιπλανώμενες ελεύθερα μαύρες τρύπες σαν αυτή θα ήταν πολύ δύσκολο να εντοπιστούν," λέει η Kelly Holley-Bockelmann αστρονόμος στο Vanderbilt, η οποία παρουσίασε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης των υπερυπολογιστών σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στις 9 Ιανουαρίου στο Ώστιν. Ένα μεγάλο μέρος της έρευνας έγινε στο πολιτειακό πανεπιστήμιο Penn σε συνεργασία με τους Deirdre Shoemaker και Nicolas Yunes προτού η Holley-Bockelmann μετακινηθεί στο πανεπιστήμιο Penn.

Το βέλος δείχνει μια ενδιάμεσης μάζας υποψήφια μαύρη τρύπα σε μια διαστημική εικόνα του τηλεσκοπίου Hubble ενός σφαιρωτού σμήνους στο γαλαξία M20. 

"Αν δεν καταπίνει η μαύρη τρύπα πολύ αέριο, ο μόνος τρόπος να ανιχνευθεί μια τέτοια μαύρη τρύπα θα ήταν να παρατηρήσει κανείς τον τρόπο με τον οποίο το πεδίο βαρύτητας της κάμπτει το φως που περνά από κοντά της. Αυτό παράγει το φαινόμενο του βαρυτικού εστιασμού, που κάνει τα αστέρια του υπόβαθρου να εμφανίζονται μετατοπισμένα και πιο λαμπρά προς στιγμήν, " εξηγεί η Holley-Bockelmann.

Η έρευνα της εστιάστηκε στο σχηματισμό μαύρων οπών ενδιάμεσης μάζας, η ύπαρξη των οποίων είναι αμφισβητούμενη. Οι αστρονόμοι έχουν πολλές αποδείξεις ότι οι μικρές μαύρες τρύπες - με λιγότερη από 100 ηλιακές μάζες - παράγονται όταν εκρήγνυνται τα γιγαντιαία αστέρια. Υπάρχουν παρόμοιες αποδείξεις ότι οι υπερ-βαρέες μαύρες τρύπες που ζυγίζουν εκατομμύρια έως και δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες βρίσκονται στην καρδιά πολλών γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου και του Γαλαξία μας. Επιπλέον, οι θεωρητικοί έχουν προβλέψει ότι τα σφαιρωτά σμήνη - αρχαίες, συνδεδεμένες με τη βαρύτητα ομάδες των 100.000 έως 1 εκατομμυρίων άστρων  - πρέπει να περιέχουν μια τρίτη κατηγορία μαύρων οπών με ενδιάμεση μάζα, οι οποίες πρέπει να ζυγίζουν μερικές χιλιάδες ηλιακές μάζες. Αλλά μέχρι τώρα μόνο δύο δοκιμαστικές παρατηρήσεις των αντικειμένων αυτού του είδους έχουν γίνει.

Στα δύο προηγούμενα χρόνια, οι επιστήμονες πέτυχαν σε αριθμητικές προσομοιώσεις να μιμηθούν τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών που ενσωματώνουν τη θεωρία της σχετικότητας. Μια από τις μεγάλες εκπλήξεις που προήλθαν από αυτήν την προσπάθεια είναι η πρόβλεψη ότι όταν δύο μαύρες τρύπες που περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες ή έχουν διαφορετικά μεγέθη συνδυαστούν, τότε η νέα μαύρη τρύπα που προήλθε από τη συγχώνευση λόγω της διατήρησης της ορμής 'πετιέται' μακριά στο διάστημα, προς μια αυθαίρετη κατεύθυνση με ταχύτητες πολύ υψηλές, όπως 4.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

"Είναι πολύ υψηλότερη από όσο ο καθένας μας πρόβλεπε. Ακόμη και η μέση ταχύτητα του 'λακτίσματος' που είναι 200 χλμ ανά δευτερόλεπτο είναι εξαιρετικά υψηλή, όταν συγκρίνεται με τις ταχύτητες διαφυγής των αστρονομικών αντικειμένων," λέει η αστρονόμος. "Συνειδητοποιήσαμε ότι βασικά κάθε συγχωνευμένη μαύρη  τρύπα θα ξέφευγε από ένα σφαιρωτό σμήνος, επειδή η ταχύτητα διαφυγής από αυτό είναι λιγότερο από 100 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο."

Η ομάδα της Holley-Bockelmann έτρεξε διάφορες προσομοιώσεις με μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας οι οποίες είναι άφθονες στα σφαιρωτά σμήνη, δίνοντας μεγάλη προσοχή στο 'λάκτισμα που έφαγαν' μετά από κάθε συγχώνευση.

"Χρησιμοποιήσαμε διαφορετικές υποθέσεις για την αρχική μάζα των μαύρων οπών, για το εύρος των μαζών  των αστρικών μαύρων οπών μέσα στα σφαιρωτά σμήνη, και υποθέσαμε ότι οι περιστροφές και οι προσανατολισμοί της περιστροφής κατανέμονται τυχαία. Με τις πιο συντηρητικές υποθέσεις, διαπιστώσαμε ότι, ακόμα κι αν κάθε σφαιρωτό σμήνος άρχισε με μια μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας, μόνο το 30 τοις εκατό περίπου των σμηνών διατηρούν αυτές τις μαύρες τρύπες την εποχή της συγχώνευσης. Με λιγότερες συντηρητικές υποθέσεις, λιγότερο από 2 τοις εκατό των σφαιρωτών σμηνών πρέπει να περιέχουν μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας σήμερα, " λέει.

Εάν τα, κατά προσέγγιση, 200 σφαιρωτά σμήνη στο Γαλαξία μας φιλοξενούν πράγματι τις ενδιάμεσης μάζας μαύρες τρύπες, αυτό σημαίνει ότι εκατοντάδες από αυτές περιπλανιούνται πιθανώς αόρατα γύρω από το Γαλαξία, που περιμένουν να καταπιούν τα νεφελώματα, τα αστέρια και τους πλανήτες που ατυχώς θα βρεθούν στο δρόμο τους.

Ευτυχώς, η παρουσία λίγων κρυμμένων μαύρων οπών στη γειτονιά μας δεν παρουσιάζει σημαντικό κίνδυνο. "Αυτές οι κρυφές μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά απίθανο να προκαλέσουν ζημιά σε μας στη διάρκεια της ζωής του σύμπαντος," τονίζει η αστρονόμος. "Η ζώνη κινδύνου τους, δηλαδή η ακτίνα Schwarzschild, είναι πραγματικά μικροσκοπική, μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα μόνο. Υπάρχουν πολύ πιο επικίνδυνα πράγματα στη γειτονιά μας!"

Κρυφές μαύρες τρύπες που κινούνται ελεύθερα

Σφαιρωτό σμήνος με χιλιάδες άστρα

Ο Γαλαξίας μας είναι γεμάτος από μαύρες τρύπες, αστρικά πτώματα που έχουν καταρρεύσει με διάμετρο μόλις 20 χιλιόμετρα. Πόσο πολλές; Δύσκολη ερώτηση. Τελικά, αυτές λέγονται μαύρες τρύπες για έναν λόγο. Η βαρύτητά τους είναι τόσο ισχυρή που καταπίνουν τα πάντα, ακόμη και το φως που δεν μπορεί να προδώσει έτσι την παρουσία τους. Με βάση παρατηρήσεις που δείχνουν ότι οι μαύρες τρύπες κάμπτουν μακρινές ακτίνες του φωτός, αλλά ακόμα περισσότερο με θεωρητικά επιχειρήματα, ερευνητές υπολογίζουν ότι υπάρχουν περίπου 10 εκατομμύρια μαύρες τρύπες μέσα στο Γαλαξία μας. Αυτά τα αντικείμενα κινούνται σε τροχιές ακριβώς όπως τα άλλα αστέρια, που σημαίνει ότι δεν είναι τρομερά πιθανό κάποια από αυτές να διευθύνεται προς τον δρόμο μας. Αλλά εάν ένα κανονικό αστέρι κινούνταν προς εμάς, θα το ξέραμε. Με μια μαύρη τρύπα όμως υπάρχουν μικρές προειδοποιήσεις. Μερικές δεκαετίες πριν από μια στενή επαφή και σύγκρουση με τη μαύρη τρύπα, το πολύ-πολύ, οι αστρονόμοι θα παρατηρούσαν μια παράξενη διαταραχή στις τροχιές των εξωτερικών πλανητών. Καθώς το φαινόμενο θα γινόταν μεγαλύτερο, θα ήταν δυνατό να γίνουν όλο και περισσότερο ακριβείς εκτιμήσεις για τη θέση και τη μάζα του παρείσακτου αντικειμένου. Η μαύρη τρύπα δεν θα έπρεπε να ερχόταν κοντά στη Γη για να φέρει την καταστροφή. Απλώς περνώντας μέσω του ηλιακού συστήματος θα διαστρέβλωνε τις τροχιές όλων των πλανητών. Η Γη θα μπορούσε να ακολουθήσει μια πιο ελλειπτική πορεία, που θα προκαλούσε μια ακραία ταλάντευση του κλίματος, ή να εκτιναχθεί έξω από το ηλιακό σύστημα και να έχει μια ψυχρή μοίρα μέσα στο βαθύ διάστημα.