Έξω από μια μαύρη τρύπα προβλέπεται μια ηχώ του φωτός από την στρεβλωμένη βαρύτητα λέει ο Δημοσθένης Καζάνας

Πηγή: ScienceDaily, 11 Ιανουαρίου 2008

Είναι γνωστό ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να επιβραδύνουν το χρόνο που βλέπει ένας παρατηρητής όταν ο ίδιος πλησιάζει τον ορίζοντα γεγονότων τους, ενώ λόγω των παλιρροιακών δυνάμεων τεντώνεται το σώμα τόσο πολύ που μοιάζει με ένα λεπτό νήμα. Αλλά σύμφωνα με τη νέα θεωρητική έρευνα δύο αστροφυσικών της NASA - του Keigo Fukumura και του Δημοσθένη Καζάνα -, η στρέβλωση από τη βαρύτητα ακριβώς έξω από το εξωτερικό όριο μιας μαύρης τρύπας μπορεί να παραγάγει ακόμα ένα παράξενο φαινόμενο: την ηχώ του φωτός.

"Η ηχώ του φωτός συναντάται εξ αιτίας της σοβαρής στρέβλωσης του χωροχρόνου που προβλέπεται από τον Einstein," λέει ο Keigo Fukumura του Κέντρου Διαστημικής Πτήσης Goddard της NASA. "Εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται πολύ γρήγορα, μπορεί κυριολεκτικά να σύρει μαζί της το περιβάλλον διάστημα, και αυτό μπορεί να παραγάγει μερικά παράλογα ειδικά φαινόμενα."

Αυτή η καλλιτεχνική απεικόνιση δείχνει ένα δίσκο συσσώρευσης που στρέφεται γύρω από μια μαύρη τρύπα. Τα δύο λευκά σημεία θα μπορούσαν να εκπέμψουν ισχυρές εκλάμψεις ακτίνων-Χ

Πολλές μαύρες τρύπες περιβάλλονται από δίσκους με καυτό αέριο που περιστρέφεται γύρω τους με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Τα καυτά σημεία μέσα σε αυτούς τους δίσκους εκπέμπουν μερικές φορές τυχαίες εκρήξεις (εκλάμψεις) ακτίνων X, οι οποίες έχουν ανιχνευθεί με ειδικά διαστημικά παρατηρητήρια ακτίνων X. Αλλά σύμφωνα με τους Fukumura και Καζάνα, τα πράγματα γίνονται πιο ενδιαφέροντα όταν λάβουμε υπόψη τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία περιγράφει πως τα εξαιρετικά βαριά αντικείμενα, όπως είναι οι μαύρες τρύπες, μπορούν πραγματικά να στρεβλώσουν και να σύρουν τον περιβάλλοντα χωρόχρονο.

Πολλά από αυτά τα φωτόνια των ακτίνων X ταξιδεύουν στη Γη ακολουθώντας διαφορετικές πορείες γύρω από τη μαύρη τρύπα. Επειδή η ακραία βαρύτητα της μαύρης τρύπας στρεβλώνει τον περιβάλλοντα χωρόχρονο, αυτή κάμπτει την τροχιά των φωτονίων έτσι ώστε αυτά να φθάνουν εδώ με μία καθυστέρηση που εξαρτάται από τις σχετικές θέσεις της έκλαμψης των ακτίνων X, τη μαύρη τρύπα, και τη Γη.

Αλλά εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται πολύ γρήγορα, τότε σύμφωνα με τους υπολογισμούς των Fukumura και Καζάνα, η καθυστέρηση μεταξύ των φωτονίων είναι σταθερή, ανεξάρτητος από τη θέση της πηγής. Οι δύο επιστήμονες ανακάλυψαν ότι για γρήγορες περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, περίπου το 75% των φωτονίων των ακτίνων X φωτονίων φθάνουν στον παρατηρητή αφού κάνουν ένα τμήμα της μιας στροφής γύρω από τη μαύρη τρύπα, ενώ τα υπόλοιπα φωτόνια ταξιδεύουν το ακριβώς ίδιο τμήμα συν μία ή περισσότερες πλήρεις τροχιές.

"Για κάθε ακτίνα X που εκρήγνυται από ένα καυτό σημείο, ο παρατηρητής θα λάβει δύο ή περισσότερες λάμψεις που διαχωρίζονται από ένα σταθερό χρονικό διάστημα, έτσι ακόμη και ένα σήμα που αποτελείται από μια συνολικά τυχαία συλλογή εκρήξεων από τα καυτά σημεία σε διαφορετικές θέσεις, περιέχουν μια ηχώ του," λέει ο Καζάνας.

Αν και είναι δύσκολο να τα διακρίνει κάποιος στα ακατέργαστα στοιχεία, οι αστρονόμοι μπορεί να χρησιμοποιήσουν την ανάλυση Fourier, ή άλλες στατιστικές μεθόδους, για να πάρουν αυτές τις κρυμμένες αντηχήσεις. Μεταξύ άλλων, η ανάλυση Fourier είναι ένα μαθηματικό εργαλείο για την περιοδική συμπεριφορά ενός σήματος που ειδάλλως θα φαινόταν συνολικά τυχαίο. Οι αντηχήσεις θα εμφανίζονταν ως ημι-περιοδικές ταλαντώσεις (QPOs). Ένα παράδειγμα ενός QPO με μια περίοδο 10 δευτερολέπτων μπορεί να δώσει αιχμές σε 9, 21, 30, 39, 51, και 61 δευτερόλεπτα.

Εάν κάποιος θεωρήσει μια μαύρη τρύπα με 10 ηλιακές μάζες που έχει σχηματιστεί μετά το θάνατο ενός άστρου, και εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται περισσότερο από το 95 τοις εκατό της μέγιστης πιθανής ταχύτητάς της, η περίοδος των QPOs της θα είναι περίπου 0,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου, που θα αντιστοιχούσε σε περίπου 1.400 αιχμές ανά δευτερόλεπτο, που είναι τρεις φορές υψηλότερο από οποιαδήποτε QPOs που έχουν ανιχνευθεί γύρω από τις μαύρες τρύπες. Ο δορυφόρος Rossi των ακτίνων X της NASA θα μπορούσε να μετρήσει τέτοιο υψηλής συχνότητας QPOs, αλλά το σήμα θα έπρεπε να είναι πολύ ισχυρό.

Η ανίχνευση αυτών των υψηλής συχνότητας ημι-περιοδικών ταλαντώσεων QPOs θα ήταν μια ακόμα ακριβής επιβεβαίωση της θεωρίας του Αϊνστάιν. Θα πρόσφερε επίσης μια αστείρευτη πηγή πληροφοριών για την ίδια τη μαύρη τρύπα. Η συχνότητα των QPOs εξαρτάται από τη μάζα της μαύρης τρύπας, έτσι η ανίχνευση αυτής του φαινομένου της αντήχησης θα έδινε στους αστρονόμους έναν ακριβή τρόπο να μετρήσουν τις μάζες των μαύρων οπών. Επιπλέον, όπως σημειώνει ο Καζάνας, "Αυτές οι αντηχήσεις εμφανίζονται μόνο εάν μια μαύρη τρύπα περιστρέφεται κοντά στη μέγιστη πιθανή ταχύτητά της, έτσι θα πληροφορούσε τους αστρονόμους πως η μαύρη τρύπα περιστρέφεται πραγματικά πολύ γρήγορα."

Ο Fukumura και ο Δημοσθένης Kazanas της NASA παρουσίασαν την έρευνά τους στις 9 Ιανουαρίου 2008 σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Ένωσης στο Ώστιν του Τέξας.

Ο αστροφυσικός Δημοσθένης Καζάνας γεννήθηκε στην Καβάλα το 1950 και σπούδασε φυσικός στο Α.Π.Θ. πριν συνεχίσει τις σπουδές του στο Σικάγο. Εκεί πραγματοποίησε μεταπτυχιακές σπουδές καθώς και τη διδακτορική διατριβή του. Εργάστηκε ως ερευνητής στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ από το 1980 ως το 1982 και για τα επόμενα έξι χρόνια στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ. Από το 1988 ερευνά τα μυστικά του Διαστήματος στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA.

Είναι αντεπιστέλλον μέλος της Ακαδημίας Αθηνών από το 2000. Ο Δημοσθένης Καζάνας είναι από τους πρώτους που διετύπωσαν τη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος, το 1980.  Πιστεύει ότι το σύμπαν είναι λεπτομερώς και επακριβώς δομημένο, γιατί αν ήταν εντελώς χαοτικό δεν θα μπορούσαμε να καταλάβουμε τίποτα.

Ο πληθωρισμός προτάθηκε το 1981 από τον Alan Guth. Συγχρόνως με τον Guth, ο Δημοσθένης Καζάνας πρόβλεψε μέρος της εργασίας του Guth υποδεικνύοντας ότι η εκθετική διαστολή θα μπορούσε να εξαλείψει τον ορίζοντα των φωτονίων (τη μεγαλύτερη απόσταση που μπορούν να ταξιδέψουν τα φωτόνια στο παρατηρούμενο σήμερα σύμπαν) και ίσως να λύσει και το πρόβλημα του κοσμολογικού ορίζοντα.

Έχει, επίσης, εργασθεί σε θέματα γενικής σχετικότητας και κοσμολογίας, σε θέματα ακτίνων γ και Χ του διαστήματος, σε θέματα κβάζαρς και ενεργών πυρήνων γαλαξιών και σε θέματα μαύρων οπών.

Είναι παντρεμένος και πατέρας ενός αγοριού.