Διεθνής έρευνα, με επικεφαλής το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, ανατρέπει έναν νόμο που υπάρχει εδώ και σχεδόν πέντε δεκαετίες
Καλλιτεχνική αναπαράσταση της ύλης που στροβιλίζεται προς τα μέσα, καθώς έλκεται από την ισχυρή βαρύτητα μιας κεντρικής υπερμεγέθους μαύρης τρύπας σχηματίζοντας έναν «δίσκο προσαύξησης»
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Monthly Notices» της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας της Βρετανίας, παρέχει στοιχεία ότι ο τρόπος αλληλεπίδρασης μεταξύ των διαφορετικών περιοχών που περιβάλλουν τις ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αλλάζει ανάλογα με την ηλικία του Σύμπαντος.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στο κέντρο σχεδόν όλων των γαλαξιών πιστεύεται ότι μεγαλώνουν, καθώς η ύλη που έλκεται από τη βαρύτητα κινείται σπειροειδώς προς τα μέσα σχηματίζοντας έναν περιστρεφόμενο δίσκο που τελικά πέφτει μέσα σε αυτές. Οι αστρονόμοι μελετούν αυτό το φαινόμενο παρατηρώντας το έντονο φως που παράγεται, καθώς η ύλη που πέφτει προς τη μαύρη τρύπα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες λόγω τριβής και βαρύτητας.
Αυτός ο δίσκος περιστρεφόμενης ύλης γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι εξαιρετικά θερμός και παράγει 100 έως 1.000 φορές περισσότερο φως από έναν ολόκληρο γαλαξία που περιέχει 100 δισεκατομμύρια αστέρια. Έτσι, η λάμψη της κεντρικής περιοχής γύρω από τη μαύρη τρύπα επισκιάζει τον γαλαξία που τον φιλοξενεί και όλα όσα υπάρχουν σε αυτόν. Η μεγαλύτερη ποσότητα από τον δίσκο εκπέμπεται στο υπεριώδες και μπορεί να παρατηρηθεί από τηλεσκόπια, επιτρέποντας στους αστρονόμους να δουν στο Σύμπαν τα κβάζαρ, δηλαδή τους πυρήνες των ενεργών γαλαξιών που τροφοδοτούνται από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, σε τεράστιες κοσμικές αποστάσεις από τη Γη.
Τα κβάζαρ εκπέμπουν ισχυρά και στις ακτίνες Χ, ακτινοβολία υψηλής ενέργειας που φαίνεται να προέρχεται από μια περιοχή θερμού πλάσματος (κατάσταση της ύλης σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες) πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, η οποία αποκαλείται «κορώνα».
Εδώ και δεκαετίες έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των ακτίνων Χ και του υπεριώδους φωτός, δηλαδή ότι όσο πιο έντονα ακτινοβολεί ένα κβάζαρ στο υπεριώδες τόσο πιο έντονα θα ακτινοβολεί και στις ακτίνες Χ. Αυτή η σχέση μαρτυρά μια αλληλεπίδραση μεταξύ του δίσκου και της κορώνας στα κβάζαρ, η οποία πιστεύεται ως σήμερα πως παραμένει ίδια ανεξάρτητα της ηλικίας του Σύμπαντος.
Η νέα μελέτη αμφισβητεί την καθολικότητα της σχέσης. Οι ερευνητές εντοπίζουν ότι όταν το Σύμπαν ήταν νεότερο, περίπου στη μισή ηλικία σε σχέση με σήμερα, η συσχέτιση μεταξύ των ακτίνων Χ και του υπεριώδους φωτός ήταν σημαντικά διαφορετική από αυτή που παρατηρείται στο κοντινό Σύμπαν.
«Η αντίληψη ότι οι ενεργές μαύρες τρύπες μεγαλώνουν ρουφώντας ύλη παραμένει. Αυτό που αλλάζει με την έρευνα και είναι ένα πολύ παράξενο αποτέλεσμα και για εμάς που το είδαμε και δεν είμαστε σίγουροι πώς να το εξηγήσουμε, είναι ότι φαίνεται να αλλάζει με τον κοσμικό χρόνο ο τρόπος αλληλεπίδρασης μεταξύ της περιοχής που παράγει την υπεριώδη ακτινοβολία και της περιοχής που παράγει τις ακτίνες Χ. Δηλαδή η μεταβολή στις υπεριώδεις ακτίνες φέρνει μεγαλύτερη μεταβολή των ακτίνων Χ στο σημερινό Σύμπαν, από ό,τι θα συνέβαινε στο πρώιμο Σύμπαν», εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και κύρια συγγραφέας της μελέτης, Μαρία Χήρα.
Η μελέτη συνδυάζει νέες παρατηρήσεις ακτίνων Χ από το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ eROSITA/SRG και αρχειακά δεδομένα από το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος XMM-Newton με έναν οπτικό κατάλογο κβάζαρ από το αστρονομικό πρόγραμμα SDSS. Οι ερευνητές μελέτησαν 136.745 ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Οι αποστάσεις τους, άρα και οι αντίστοιχες ηλικίες του Σύμπαντος, ποικίλουν, από πολύ κοντινές έως άλλες που ανήκουν στο πρώιμο Σύμπαν.
Το δείγμα αναλύθηκε με καινοτόμα στατιστικά εργαλεία, προκειμένου να εξαχθούν περισσότερο ασφαλή συμπεράσματα. «Η μεγάλη πρόκληση στο συγκεκριμένο δείγμα είναι ότι παρά το γεγονός ότι έχουμε από το eROSITA δεδομένα από πάρα πολλές μαύρες τρύπες, ωστόσο τις έχει δει για πάρα πολύ λίγη ώρα, οπότε για ένα-ένα τα αντικείμενα πιθανώς δεν θα μπορούσαμε να πούμε πολλά πράγματα», παρατηρεί η κ. Χήρα. Με την ιεραρχική Μπεϋζιανή μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, «μπορούμε να βγάλουμε πολύ ασφαλή συμπεράσματα στατιστικά για τον πληθυσμό των μαύρων τρυπών. Οπότε, αξιοποιούμε την πολύ περιορισμένη πληροφορία για κάθε ένα από τα αντικείμενα, ώστε να εξάγουμε πολύ καλά καθορισμένα συμπεράσματα για όλο τον πληθυσμό που μελετήσαμε. Με αυτό τον τρόπο καταφέραμε να δούμε λεπτές συσχετίσεις που σε προηγούμενες μελέτες έμεναν κρυμμένες», συμπληρώνει.
Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι να διερευνήσουν ακόμη πιο μακρινές και αμυδρές μαύρες τρύπες. Η διεύρυνση του δείγματος θα βοηθήσει τους ερευνητές να επιβεβαιώσουν την παρατηρούμενη διαπίστωση.
«Εάν επιβεβαιωθεί ότι αυτό που παρατηρούμε είναι όντως ένα φυσικό φαινόμενο, τότε αναδεικνύει κάποια κενά στην κατανόηση που έχουν οι αστρονόμοι για τις λεπτομέρειες της διαδικασίας σχετικά με το πώς μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες. Επίσης, αυτή η διαπίστωση θα επηρεάσει και τα μοντέλα, τις θεωρίες μας γύρω από το πώς μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες και πώς επηρεάζουν τους γαλαξίες στους οποίους υπάρχουν», καταλήγει η επικεφαλής ερευνήτρια της μελέτης.
Η έρευνα χρηματοδοτείται από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας.
Σύνδεσμος για την επιστημονική δημοσίευση:
https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/staf1905
