Προσομοίωση δείχνει πως συγκρούονται τρεις μαύρες τρύπες

Πηγή: Discovery News, 14 Απριλίου 2008

Ερευνητές έχουν προσομοιώσει τις τροχιές που θα ακολουθήσουν τρεις κολοσσιαίες μαύρες τρύπες όταν πρόκειται να συγκρουστούν.  Η τριπλή σύγκρουση και η προσομοίωση της συγχώνευσης τους έρχεται μετά από την ανακάλυψη ενός τριπλού κβάζαρ πέρυσι.

Επιστήμονες προβλέπουν τις περίεργες τροχιές που παράγονται όταν αλληλεπιδρά ένα δυαδικό σύστημα μαύρων οπών με μια τρίτη μαύρη τρύπα

Τα κβάζαρ είναι πανίσχυρες πηγές ενέργειας και θεωρείται ότι αντλούν την ενέργεια τους από τις τεράστιες μαύρες τρύπες, δισεκατομμύρια φορές πιο βαριές από τον ήλιο, που βρίσκονται στα κέντρα των ενεργών γαλαξιών. Είναι ορατές μόνο όταν πέφτει με  βίαιο τρόπο κάποιο υλικό μέσα τους. Ένα τριπλό κβάζαρ, επομένως, προτείνει ότι έχουν συγκρουστεί τρεις γαλαξίες.

Αυτό το είδος των υπερβαρέων μαύρων οπών παρουσιάζει ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους φυσικούς, που κυνηγούν τα κύματα της βαρύτητας και που μέχρι τώρα δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ, παρόλο που τα έχει προβλέψει ο Αίνστάιν στη θεωρία της γενικής σχετικότητας.

Ερευνητές στο Ίδρυμα Τεχνολογίας του Ρότσεστερ  (RIT) για την υπολογιστική σχετικότητα και τη βαρύτητα χρησιμοποίησαν έναν υπερυπολογιστή που έλυσε πολλές και δύσκολες εξισώσεις για μια εβδομάδα, ώστε να μοντελοποιήσει την τριπλή σύγκρουση και τη συγχώνευση τόσο μεγάλων αντικειμένων.

"Πρέπει να λυθούν οι εξισώσεις του Einstein," λέει ο προγραμματιστής του μοντέλου της σύγκρουσης των μαύρων οπών, καθηγητής Carlos Lousto. "Τελικά καταλήγετε να έχετε ένα τεράστιο σύστημα εξισώσεων. Είναι πραγματικά ένα τεράστιο πρόβλημα."

Ο Lousto και οι συνάδελφοί του Manuela Campanelli και Yosef Zlochower έδειξαν τα αποτελέσματά τους στη συνεδρίαση της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής στο Σαιντ Λούις.

Η ανακάλυψη του τριπλού κβάζαρ κάνει σαφές ότι αυτή η σύγκρουση δεν είναι και τόσο ακαδημαϊκή, λέει ο Lousto.

"Το πλέον πιθανό γεγονός είναι να γίνει συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών," συνεχίζει ο Lousto. Έπειτα είναι η τριπλή συγχώνευση.

Κύματα βαρύτητας

Μεταξύ αυτών που ανακαλύφθηκαν στην ανάπτυξη του μοντέλου των τριών συγκρούσεων είναι ότι τα κύματα βαρύτητας, που παράγει αυτό το γεγονός είναι αρκετά διαφορετικά από εκείνα τα κύματα που δημιουργούνται από δύο μαύρες τρύπες.

Τέσσερις μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται πολύ πιθανώς θα έχουν ακόμα μια διαφορετική υπογραφή των κυμάτων βαρύτητας, υποστηρίζει ο Lousto λέει.

Η εκ των προτέρων γνώση αυτών των υπογραφών αναμένεται να είναι χρήσιμη στην ταυτοποίηση των πηγών των κυμάτων βαρύτητας, όταν αυτά ανιχνευτούν με επιτυχία.

"Είναι μια μεγάλη πρόοδος της θεωρητικής φυσικής με τη βοήθεια της  προσομοίωσης των συγχωνεύσεων μαύρων οπών," λέει ο καθηγητής αστρονομίας George Djorgovski του Τεχνολογικού Ιδρύματος της Καλιφόρνιας. Ο ίδιος ήταν ένας από αυτούς που ανακάλυψαν πέρυσι το τριπλό κβάζαρ.

"Τέτοιες διαδικασίες πρέπει να έχουν διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην συνεξέλιξη των γαλαξιών και των κεντρικών, υπερβαρέων μαύρων οπών τους, ειδικά στα πρώτα-πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της κοσμικής ιστορίας."

Τα τρία κβάζαρ είναι περίπου 10,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη γη στον αστερισμό της Παρθένου (Virgo).

Με άλλα λόγια, το φως από τα κβάζαρ, που εκπέμφθηκε από την ύλη που πέφτει στις μαύρες τρύπες, όταν ο Κόσμος ήταν λίγο περισσότερο από 3 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τον Ιανουάριο του 2007 ανακοινώθηκε η ανακάλυψη για πρώτη φορά ενός τριπλού κβάζαρ με όνομα LBQS 1429-008. Στην αρχή οι επιστήμονες νόμισαν ότι η τριάδα είναι οπτική απάτη, που προκλήθηκε από τη διαίρεση των ακτίνων του φωτός με τη βοήθεια ενός βαρυτικού φακού. Στη συνέχεια όμως κατάφεραν να προσδιορίσουν ότι όντως στο σύστημα υπάρχουν τρεις μαύρες τρύπες. Κάθε κβάζαρ παράγει τεράστια ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, περιλαμβανομένου του ορατού φωτός και των ραδιοκυμάτων. Τα κβάζαρ παίρνουν ενέργεια από αέρια που πέφτουν προς μια μαύρη τρύπα, συνήθως στο κέντρο ενός γαλαξία.

Ένα κβάζαρ από μόνο του μπορεί να είναι χιλιάδες φορές λαμπρότερο από έναν ολόκληρο γαλαξία, που αποτελείται από εκατό δισεκατομμύρια αστέρια. Η ανακάλυψη των τριών κβάζαρ (στο ίδιο σύστημα), τη στιγμή που ένα κβάζαρ είναι εξαιρετικά σπάνιο ουράνιο σώμα) ήταν χωρίς προηγούμενο. Ο George Djorgovski θεωρεί ότι η κατανομή των κβάζαρ στο σύμπαν δεν είναι τυχαία. Αντιθέτως νομίζει ότι η σύγκρουση και η συνένωση γαλαξιών - μαζί και των μαύρων οπών που βρίσκονται στο κέντρο τους - ενδεχομένως τροφοδοτεί τα κβάζαρ.

Ίσως έτσι εξηγείται και το γεγονός ότι έχουμε ανακαλύψει πολλά περισσότερα δίδυμα κβάζαρ απ’ όσα περιμέναμε. Τέλος ο Djorgovski θεωρεί πιθανή την ύπαρξη και τετραπλών κβάζαρ.