Άρθρα

Η συνεργασία τηλεσκοπίων για τον Ορίζοντα Γεγονότων (Event Horizon Telescope Collaboration) απελευθέρωσε την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας με παρατηρήσεις για το σκοτεινό ογκώδες αντικείμενο στο κέντρο του Messier 87 ή M87 τον περασμένο Απρίλιο. Αυτή η μαύρη τρύπα έχει μάζα περίπου 6,5 δισεκατομμύρια φορές εκείνη του ήλιου και βρίσκεται περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Η μαύρη τρύπα έχει ονομαστεί M87 * από τους αστρονόμους και της έχει πρόσφατα δοθεί το Χαβανέζικο όνομα «Powehi».

Για χρόνια, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει ακτινοβολία από ένα πίδακα σωματιδίων (τζετ) υψηλής ενέργειας που τροφοδοτείται από την μαύρη τρύπα και εκτοξεύεται έξω από το κέντρο του M87. Έχουν μελετήσει το τζετ σε ποικίλα μέρη του φάσματος (ραδιοκύματα, ορατό και ακτίνες Χ) συμπεριλαμβάνοντας και το παρατηρητήριο Chandra. Και τώρα με τη χρήση παρατηρήσεων του τελευταίου, οι ερευνητές έχουν δει ότι τμήματα του πίδακα κινούνται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

«Αυτή είναι η πρώτη φορά που τέτοιες ακραίες ταχύτητες από έναν πίδακα μαύρης τρύπας έχουν καταγραφεί χρησιμοποιώντας δεδομένα ακτίνων Χ», δήλωσε ο Ralph Kraft του Κέντρου Αστροφυσικής | Harvard & Smithsonian (CfA) στο Cambridge της Μασαχουσέτης, ο οποίος παρουσίασε τη μελέτη στη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στη Χονολουλού της Χαβάης. «Χρειαζόμασταν την αιχμηρή όραση του Chandra για να κάνουμε αυτές τις μετρήσεις».

Όταν η ύλη φτάνει αρκετά κοντά σε μια μαύρη τρύπα, εισέρχεται σε ένα περιστρεφόμενο μοτίβο που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης. Ένα μέρος από το υλικό στο εσωτερικό μέρος του δίσκου προσαύξησης  πέφτει στη μαύρη τρύπα και ένα κομμάτι αυτού εκτοξεύεται μακριά από τη μαύρη τρύπα με τη μορφή στενής δέσμης ή πίδακα, κατά μήκος γραμμών του μαγνητικού πεδίου. Επειδή η διαδικασία αυτή είναι ακανόνιστη, ο  πίδακας αυτός είναι φτιαγμένος από συστάδες ή κόμβους υλικού που μερικές φορές μπορούν να παρατηρηθούν από το  Chandra και άλλα τηλεσκόπια.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις παρατηρήσεις Chandra από το 2012 και το 2017 για να παρακολουθήσουν την κίνηση δύο κόμβων ακτίνων Χ που βρίσκονται μέσα στον πίδακα περίπου 900 και 2.500 έτη φωτός μακριά από τη μαύρη τρύπα. Τα δεδομένα ακτίνων Χ δείχνουν κίνηση με εμφανείς ταχύτητες 6.3 φορές την ταχύτητα φωτός για τον κόμβο ακτίνων Χ πιο κοντά στη μαύρη τρύπα και 2.4 φορές την ταχύτητα του φωτός για την άλλη.

«Ένας από τους απαράβατους νόμους της φυσικής είναι ότι τίποτα δεν μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Brad Snios, επίσης της CfA. «Δεν έχουμε σπάσει τη φυσική, αλλά βρήκαμε ένα παράδειγμα ενός εκπληκτικού φαινομένου που ονομάζεται υπερφωτεινή κίνηση (superluminal motion)».

Η υπερφωτεινή κίνηση συμβαίνει όταν τα αντικείμενα κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός κατά μήκος μιας κατεύθυνσης που είναι κοντά στην οπτικό μας πεδίο. Ο πίδακας ταξιδεύει σχεδόν τόσο γρήγορα προς το μέρος μας όσο το φως που παράγει, δίνοντας την ψευδαίσθηση ότι η κίνηση του τζετ είναι πολύ πιο γρήγορη από την ταχύτητα του φωτός. Στην περίπτωση του M87 *, ο πίδακας δείχνει σχεδόν προς στην κατεύθυνση μας, με αποτέλεσμα αυτές τις εξωτικές προφανείς ταχύτητες.

Οι αστρονόμοι έχουν ήδη δει μια τέτοια κίνηση στον πίδακα M87 * σε ραδιοφωνικά και οπτικά μήκη κύματος, αλλά δεν μπόρεσαν να αποδείξουν οριστικά ότι η ύλη στο πίδακα κινείται πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Για παράδειγμα, τα κινούμενα χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να είναι ένα κρουστικό κύμα, παρόμοιο με μια ηχητική έκρηξη από ένα υπερηχητικό αεροπλάνο, αντί να εντοπίζονται ως κινήσεις της ύλης.

Αυτό το τελευταίο αποτέλεσμα δείχνει την ικανότητα των ακτίνων Χ να δρουν ως ένας ακριβής μετρητής κοσμικής ταχύτητας. Η ομάδα που παρατήρησε το χαρακτηριστικό  μέρος που κινείται με φαινομενική ταχύτητα 6,3 φορές την ταχύτητα του φωτός επίσης εξασθένησε  πάνω από 70% μεταξύ του 2012 και του 2017. Αυτή η εξασθένιση πιθανότατα προκλήθηκε από την απώλεια ενέργειας των σωματιδίων λόγω της ακτινοβολίας που παράγεται καθώς κινούνται σπειροειδώς γύρω από μαγνητικό πεδίο. Για να συμβαίνει όμως αυτό, η ομάδα πρέπει να παρατηρεί ακτίνες Χ από τα ίδια σωματίδια και στις δύο περιπτώσεις και όχι ένα μετακινούμενο κύμα.

«Η δουλειά μας δίνει τα ισχυρότερα αποδεικτικά στοιχεία ότι τα σωματίδια από τον πίδακα του M87 ταξιδεύουν πραγματικά κοντά στο κοσμικό όριο ταχύτητας «, δήλωσε ο Snios.

Τα δεδομένα του παρατηρητήριου Chandra αποτελούν εξαιρετικό συμπλήρωμα των δεδομένων EHT (Event Horizon Telescope). Το μέγεθος του δακτυλίου γύρω από τη μαύρη τρύπα που παρατηρείται με το τηλεσκόπιο Event Horizon είναι περίπου 100 εκατομμύρια φορές μικρότερο από το μέγεθος του πίδακα που παρατηρείται από το Chandra.

Μια άλλη διαφορά είναι ότι το EHT παρατήρησε το M87 σε διάστημα έξι ημερών τον Απρίλιο του 2017, δίνοντας ένα πρόσφατο στιγμιότυπο της μαύρης τρύπας. Οι παρατηρήσεις της Chandra διερευνούν την εκτοξευόμενη ύλη εντός του πίδακα που ξεκίνησε από τη μαύρη τρύπα εκατοντάδες και χιλιάδες χρόνια νωρίτερα.

«Είναι σαν το Τηλεσκόπιο του Event Horizon να δίνει μια κοντινή όψη ενός εκτοξευτή πυραύλων», δήλωσε ο Paul Nulsen της CfA, άλλος συν-συγγραφέας της μελέτης, «και το Chandra μας δείχνει τις ρουκέτες κατά την πτήση».

Εκτός από το γεγονός ότι παρουσιάστηκαν στη συνάντηση της AAS, τα αποτελέσματα αυτά περιγράφονται επίσης σε ένα άρθρο στο The Astrophysical Journal με επικεφαλής τον Brad Snios και είναι διαθέσιμα στο διαδίκτυο.