Αποκαλύφθηκαν ταχύτατα περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες

Πηγή: ScienceDaily, 11 Ιανουαρίου 2008

Μια νέα μελέτη που χρησιμοποίησε μετρήσεις από το παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων X της NASA δίνει τις καλύτερες μέχρι τώρα αποδείξεις ότι ακόμα και οι κολοσσιαίες μαύρες τρύπες περιστρέφονται εξαιρετικά γρήγορα. Η περιστροφή αυτών των γιγάντιων μαύρων οπών δημιουργεί ισχυρούς πίδακες, που μεταφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας στο περιβάλλον τους και αυτό φυσικά έχει επιπτώσεις στην ανάπτυξη των γαλαξιών.

Μια ομάδα επιστημόνων σύγκρινε τις κύριες θεωρίες για τους πίδακες που παράγονται από τις περιστρεφόμενες υπερβαρέες μαύρες τρύπες με τα στοιχεία που μας έδωσε το Chandra. Σε μια δειγματοληψία εννέα γιγαντιαίων γαλαξιών που παρουσιάζουν μεγάλες διαταραχές στις αεριώδεις ατμόσφαιρές τους έδειξε ότι οι κεντρικές μαύρες τρύπες σε αυτούς τους γαλαξίες πρέπει να στρέφονται κοντά στους μέγιστους ρυθμούς τους.

"Νομίζουμε ότι αυτές οι τερατώδεις μαύρες τρύπες περιστρέφονται κοντά στο όριο που προσδιορίζεται από τη θεωρία της σχετικότητας, που σημαίνει ότι μπορούν να παρασέρνουν το υλικό γύρω τους κοντά στην ταχύτητα του φωτός," λέει ο Rodrigo Nemmen, από το Πολιτειακό πανεπιστήμιο Penn, και επικεφαλής συντάκτης μιας ανακοίνωσης για τα νέα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν στην Αμερικανική Αστρονομική Ένωση στο Ώστιν του Τέξας.

Η έρευνα αυτή ενισχύει άλλες, λιγότερο άμεσες μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως και έχουν δείξει ότι μερικές αστρικές και υπερβαρέες μαύρες τρύπες περιστρέφονται πολύ γρήγορα.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Einstein, μια ταχύτατα περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα αναγκάζει το ίδιο το διάστημα να περιστραφεί μαζί της. Αυτό το φαινόμενο, που συνδέεται με το αέριο που κινείται σπειροειδώς προς τη μαύρη τρύπα, μπορεί να παραγάγει μια σφικτή περιστροφή του μαγνητικού πεδίου, το οποίο θα εκτοξεύει ένα μεγάλο μέρος του αερίου, που ρέει προς τη μαύρη τρύπα, μακριά από την περιοχή της με τη μορφή ενός ενεργητικού, μεγάλης ταχύτητας πίδακα.

Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστές έχουν υποδείξει ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να αποκτήσουν την πολύ γρήγορη περιστροφή τους όταν συγχωνεύονται οι γαλαξίες, και μέσω της συσσώρευσης του αερίου από τα περίχωρά τους.

Οι εικόνες αριστερά παρουσιάζουν τους 4 από τους 9 μεγάλους γαλαξίες που περιλαμβάνονται στη μελέτη του Chandra, και ο κάθε γαλαξίας περιέχει μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο της. Στα δεξιά της εικόνας παρουσιάζεται το αέριο μέσα σε μια "σφαίρα επιρροής" να πέφτει κατ' ευθείαν προς το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας πριν ενωθεί με έναν γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο υλικού κοντά στο κέντρο. Το μεγαλύτερο μέρος του υλικού σε αυτόν τον δίσκο καταπίνεται από τη μαύρη τρύπα, αλλά κάποια ύλη εξακοντίζεται μακριά με τη μορφή πιδάκων (χρωματισμένο μπλε) από γρήγορα περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία κοντά στη μαύρη τρύπα. Επίσης, οι εικόνες αυτές παρουσιάζουν ζευγάρια από τεράστιες φυσαλίδες ή κοιλότητες, στις καυτές αεριώδεις ατμόσφαιρες των γαλαξιών, που δημιουργούνται από πίδακες που ξεκινούν από μια κεντρική υπερβαρέα μαύρη τρύπα. Η μελέτη αυτών των κοιλοτήτων μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την ισχύ αυτών των πιδάκων. Οι εικόνες του Chandra χρησιμοποιήθηκαν επίσης για να υπολογίσουμε πόσα καύσιμα είναι διαθέσιμα σε κάθε υπερβαρέα μαύρη τρύπα, 

"Η εξαιρετικά γρήγορη περιστροφή μπορεί να είναι πολύ συνηθισμένη στις μεγάλες μαύρες τρύπες," λέει ο Richard Bower ένας από τους συντάκτες της έρευνας. "Αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να εξηγήσουμε την πηγή αυτών των απίστευτων γρήγορων πιδάκων, που βλέπουμε να φθάνουν σε τεράστιες αποστάσεις στο διάστημα."

Μια σημαντική συνέπεια των ισχυρών πιδάκων από τις μαύρες τρύπες στους γαλαξίες στα κέντρα των σμηνών των γαλαξιών είναι ότι μπορούν να μεταφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας στα περιβάλλοντά τους, και να θερμάνουν το αέριο γύρω τους.

Αυτή η θέρμανση αποτρέπει να ψυχθεί το αέριο, και αυτό φυσικά έχει επιπτώσεις στο ρυθμό με τον οποίο σχηματίζονται τα νέα αστέρια, περιορίζοντας εν συνεχεία το μέγεθος του κεντρικού γαλαξία. Η κατανόηση των λεπτομερειών αυτού του θεμελιώδους συστήματος ανατροφοδότησης μεταξύ των υπερβαρέων μαύρων οπών και του σχηματισμού των πιο μεγάλων γαλαξιών, παραμένει ένας σημαντικός στόχος στην αστροφυσική.

Μαύρες τρύπες χωρίς φορτίο αλλά με στροφορμή διάφορη του μηδενός λέγονται μαύρες τρύπες Kerr. Οι με φορτίο που συγχρόνως περιστρέφονται καλούνται μαύρες τρύπες Kerr-Newman. Ενώ το θεώρημα των μαύρων οπών 'χωρίς μαλλιά' δείχνει ότι η μάζα, το φορτίο και η στροφορμή είναι οι μόνες ιδιότητες που μπορεί να κατέχει μια μαύρη τρύπα.

Home