Η μελανή οπή στο κέντρο του Γαλαξία μας

 

Από τις 10/4/2019, όπως ίσως θυμάστε, έχουμε στη διάθεσή μας την πρώτη εικόνα του περιβάλλοντος μιας μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87, χάρη στο υπέρ-τηλεσκόπιο Event Horizon (ΕΗΤ). Σήμερα, 12/5/2022, πριν λίγες ώρες, παρουσιάστηκε από το ΕΗΤ και η αντίστοιχη εικόνα από την υπερμαζική μελανή οπή που βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία. Η μελανή οπή του Γαλαξία μας, ονομάζεται Τοξότης Α* (Sagittarius A* ή Sgr A*).

 

Να θυμίσουμε εν συντομία ότι, η μαύρη τρύπα (ή μελανή οπή) είναι ό,τι απομένει μετά τον «θάνατο» άστρου μεγάλης μάζας (πολλαπλάσιας εκείνης του Ήλιου μας). Αφού έχουν εξαντλήσει όλα τους τα πυρηνικά «καύσιμα», τα άστρα αρκετά μεγάλης μάζας δεν μπορούν να αντισταθούν στη βαρύτητα, καταρρέοντας ακτινικά προς το κέντρο τους, σε ένα σημείο ασύλληπτης πυκνότητας, στρεβλώνοντας τον χωροχρόνο γύρω τους τόσο σφοδρά, ώστε ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει.

Στη μαύρη τρύπα που σχηματίζεται, υπάρχει μία «συνοριακή επιφάνεια», ένα σύνορο, το οποίο οριοθετεί τον «έξω κόσμο» από τη μελανή οπή. Οτιδήποτε, ακόμη και το φως, εφόσον διαβεί αυτό το όριο, δεν μπορεί να ξαναβγεί. Αυτό είναι ο «ορίζοντας γεγονότων» της μελανής οπής, που δίνει και το όνομά του στο ύπερ-τηλεσκόπιο EHT.

 

Φωτόνια τα οποία τυγχάνει να βρεθούν λίγο πιο έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, περιστρέφονται γύρω από τη μελανή οπή, λόγω του εξαιρετικά στρεβλωμένου χωροχρόνου. Αυτή είναι η «σφαίρα φωτονίων» της μελανής οπής και αν μπορούσατε με κάποιο τρόπο να σταθείτε εκεί, θεωρητικά θα βλέπατε το πίσω μέρος του κεφαλιού σας, αφού τα φωτόνια που θα ξεκινούσαν από εκεί, μετά από μία πλήρη περιφορά γύρω από τη μαύρη τρύπα, θα έφταναν στα μάτια σας.

 

Το Event Horizon Telescope (ΕΗΤ, τηλεσκόπιο ορίζοντα γεγονότων), αποτελεί μία σύμπραξη/δίκτυο, πολλών ραδιοτηλεσκοπίων του πλανήτη, ώστε τα συνδυασμένα δεδομένα τους, να παράγουν αποτελέσματα συγκρίσιμα με εκείνα ενός (εικονικού) γιγάντιου ραδιοτηλεσκοπίου με διάμετρο όσο εκείνη της Γης. Με αυτόν τον τρόπο, το EHT απεικόνισε για πρώτη φορά το 2019 και για δεύτερη φορά σήμερα, μια μελανή οπή και την ύλη που την περιβάλλει, με λεπτομέρεια τέτοια, που δεν είχαμε ποτέ στο παρελθόν για αυτά τα συναρπαστικά αντικείμενα. Το αποτέλεσμα είναι ελαφρώς θολό διότι προσπαθούμε να απεικονίσουμε λεπτομέρειες από κάτι που βρίσκεται πολύ μακριά (και για αυτό χρειάστηκε να φτιαχτεί ένα εικονικό ραδιοτηλεσκόπιο με τόσο μεγάλη διάμετρο). Δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας, στην περίπτωση της μελανής οπής του γαλαξία Μ87 το 2019 και 27000 έτη φωτός μακριά στην περίπτωση του Τοξότη Α* (της μελανής οπής του Γαλαξία μας), αλλά αρκετά μικρότερο, σήμερα.

 

Η υπερμαζική μελανή οπή στο κέντρο του γαλαξία Μ87 (ο οποίος βρίσκεται 53.5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας), έχει μάζα περίπου 6.5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου μας, ενώ η μελανή οπή του Γαλαξία μας έχει μάζα 4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τον Ήλιο μας (δηλαδή ~1000 φορές μικρότερη από εκείνη στον M87). Τα αποτελέσματα επαληθεύουν, για μία ακόμη φορά, τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, απεικονίζοντας ό,τι θα περίμενε κάποιος να δει για μια μελανή οπή τύπου Kerr.

 

Οποιαδήποτε πηγή φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα, όπως το υπέρθερμο υλικό που έλκεται και συσσωρεύεται γύρω από αυτήν, περιστρεφόμενο με πολύ μεγάλες ταχύτητες, συγκρίσιμες με εκείνη του φωτός, μέχρι τελικά να περάσει τον ορίζοντα γεγονότων της και να εξαφανιστεί για πάντα από το οπτικό μας πεδίο, συνεισφέρει στη δημιουργία ενός «φωτεινού υποβάθρου» που «σκιάζεται» από τη μαύρη τρύπα, το περίγραμμα της οποίας καταφέραμε να δούμε με το τηλεσκόπιο EHT. Για την ακρίβεια, η σκιά που βλέπουμε εκτείνεται ως τη «σφαίρα φωτονίων» της μελανής οπής, μεγεθυμένη κάπως, εξαιτίας του φαινομένου των «βαρυτικών φακών» (δηλαδή, εξαιτίας του γεγονότος ότι η τροχιά ενός φωτονίου, δεν είναι ευθεία γραμμή στο περιβάλλον της μελανής οπής, αλλά καμπύλη).

 

Η διαδικασία για να οδηγηθούμε στην τελική φωτογραφία, αν και η μελανή οπή στο κέντρο του Γαλαξία μας, είναι πολύ πιο κοντά σε σχέση με εκείνη του Μ87, περιείχε μεγαλύτερες προκλήσεις. Το υπέρθερμο υλικό που περιφέρεται γύρω από αυτήν, ολοκλήρωνε μια πλήρη περιφορά σε λίγα λεπτά, σε αντίθεση με την πολύ μεγαλύτερη μελανή οπή στον Μ87 όπου η μία περιφορά χρειαζόταν μέρες και βδομάδες. Επομένως, η φωτεινότητα στον «Τοξότη Α*», μεταβαλλόταν διαρκώς, «περίπου σαν να προσπαθείς να φωτογραφήσεις καθαρά, ένα κουτάβι που κυνηγά την ουρά του ταχύτατα» όπως αναφέρει ο Chi-kwan Chan, ένας εκ των συντελεστών του EHT. Έτσι, οι ερευνητές του EHT, σε αυτά τα 5 έτη, έπρεπε να κάνουν πρωτοποριακή και εξαντλητική δουλειά αναπτύσσοντας νέα υπολογιστικά εργαλεία για να επεξεργαστούν τα δεδομένα χιλιάδων στιγμιοτύπων της συγκεκριμένης μελανής οπής, τα οποία είχαν ληφθεί από το 2017.

 

Η παρατήρηση έγινε στο φάσμα των ραδιοκυμάτων διότι σε αυτά τα μήκη κύματος θα ήταν δυνατόν να παρατηρήσουμε λεπτομέρειες πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων της μελανής οπής, ενώ παράλληλα τα ραδιοκύματα μπορούν να διέλθουν τόσο μέσα από τον δίσκο συσσώρευσης του υλικού γύρω από τη μελανή οπή, όσο και από την γήινη ατμόσφαιρα χωρίς απόσβεση, ώστε να καταστεί δυνατή η παρατήρηση αυτή από την επιφάνεια της Γης. 

 

Αυτή τη στιγμή, έχουμε δυο εικόνες εντελώς διαφορετικών (όσο αφορά τη μάζα τους) μελανών οπών, και μπορούμε να κάνουμε συγκρίσεις μεταξύ τους, αποκτώντας περισσότερη γνώση για το πώς συμπεριφέρεται η βαρύτητα σε αυτά τα ακραία αστροφυσικά περιβάλλοντα, κάτι που δεν μπορούσαμε να κάνουμε ποτέ στο παρελθόν μέχρι σήμερα. Καθώς μελλοντικά αναμένεται να υπάρξουν φωτογραφίες αλλά και βίντεο και από άλλες μαύρες τρύπες σε άλλους γαλαξίες, ενώ το δίκτυο του EHT μεγαλώνει, μια συναρπαστική εποχή έχει ήδη ξεκινήσει για τη φυσική μελανών οπών!

 

Υλικό και φωτογραφίες: https://eventhorizontelescope.org/.../astronomers-reveal...

 

Πολλά περισσότερα, αναλυτικά για τις μαύρες τρύπες, όπως και για πολλά άλλα πολύ ενδιαφέροντα θέματα, στον τόμο ΙΙ του μεγάλου επιστημονικού έργου «Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους», που κυκλοφορεί και μπορείτε να το αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής!