Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν, για πρώτη φορά, ότι η ίδια η δομή του χωροχρόνου κάνει μια “τελική βουτιά” στην άκρη μιας μαύρης τρύπας. Η παρατήρηση αυτής της βυθιζόμενης περιοχής γύρω από τις μαύρες τρύπες έγινε από αστροφυσικούς στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και συμβάλλει στην επικύρωση μιας βασικής πρόβλεψης της θεωρίας βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν του 1915: της Γενικής Σχετικότητας.
Η ομάδα της Οξφόρδης έκανε την ανακάλυψη ενώ εστίαζε σε περιοχές που περιβάλλουν αστρικής μάζας μαύρες τρύπες σε διπλούς αστέρες με συνοδούς αστέρες που βρίσκονται σχετικά κοντά στη Γη. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα ακτίνων Χ που συλλέχθηκαν από μια σειρά διαστημικών τηλεσκοπίων, όπως το Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) της NASA και το τοποθετημένο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER).
Τα δεδομένα αυτά τους επέτρεψαν να προσδιορίσουν την τύχη του καυτού ιονισμένου αερίου και πλάσματος, που απογυμνώθηκε από ένα συνοδό αστέρι, κάνοντας μια τελική βουτιά στην άκρη της σχετικής μαύρης τρύπας. Τα ευρήματα έδειξαν ότι αυτές οι λεγόμενες περιοχές βύθισης γύρω από μια μαύρη τρύπα είναι οι τοποθεσίες μερικών από τα ισχυρότερα σημεία βαρυτικής επιρροής που έχουν παρατηρηθεί ποτέ στον Γαλαξία μας.
“Αυτή είναι η πρώτη ματιά στο πώς το πλάσμα, που αποκολλάται από το εξωτερικό άκρο ενός άστρου, υφίσταται την τελική του πτώση στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, μια διαδικασία που συμβαίνει σε ένα σύστημα περίπου 10.000 έτη φωτός μακριά“, δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας και Φυσικός του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, Andrew Mummery. “Η θεωρία του Einstein προέβλεπε ότι αυτή η τελική πτώση θα υπήρχε, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέρνουμε να αποδείξουμε ότι συμβαίνει. Σκεφτείτε το σαν ένα ποτάμι που μετατρέπεται σε καταρράκτη – μέχρι τώρα, κοιτάζαμε το ποτάμι. Αυτή είναι η πρώτη φορά που βλέπουμε τον καταρράκτη“.
Η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein υποδηλώνει ότι τα αντικείμενα με μάζα προκαλούν παραμόρφωση του ίδιου του ιστού του χώρου και του χρόνου, που είναι ενωμένοι σε μια ενιαία τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται “χωροχρόνος”. Η βαρύτητα προκύπτει από την προκύπτουσα καμπυλότητα.
Αν και η γενική σχετικότητα λειτουργεί σε τέσσερις διαστάσεις, μπορεί να απεικονιστεί αόριστα μέσω μιας πρόχειρης αναλογίας δύο διαστάσεων. Φανταστείτε να τοποθετήσετε σφαίρες αυξανόμενων μαζών πάνω σε ένα τεντωμένο φύλλο καουτσούκ. Μια μπάλα του γκολφ θα προκαλούσε ένα μικροσκοπικό, σχεδόν ανεπαίσθητο βαθούλωμα- μια μπάλα του κρίκετ θα οδηγούσε σε μεγαλύτερο βαθούλωμα και μια μπάλα του μπόουλινγκ σε ένα τεράστιο βαθούλωμα. Αυτό είναι ανάλογο με τους δορυφόρους, τους πλανήτες και τα αστέρια που “βαθουλώνουν” τον τετραδιάστατο χωροχρόνο. Καθώς αυξάνεται η μάζα ενός αντικειμένου, αυξάνεται και η καμπυλότητα που προκαλούν, και συνεπώς αυξάνεται η βαρυτική τους επιρροή. Μια μαύρη τρύπα θα ήταν σαν μπάλα κανονιού σε αυτό το ανάλογο λαστιχένιο φύλλο.
Με μάζες που ισοδυναμούν με δεκάδες ή και εκατοντάδες ήλιους συμπιεσμένους σε πλάτος περίπου ίσο με αυτό της Γης, η καμπυλότητα του χωροχρόνου και η βαρυτική επιρροή των μαύρων τρυπών αστρικής μάζας μπορεί να γίνει αρκετά ακραία. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, από την άλλη πλευρά, είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία. Έχουν τεράστια μάζα, με μάζες που ισοδυναμούν με εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια ήλιους, επισκιάζοντας ακόμη και τις αντίστοιχες αστρικής μάζας.
Επιστρέφοντας στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, ο Einstein πρότεινε ότι αυτή η καμπυλότητα του χωροχρόνου οδηγεί σε άλλες ενδιαφέρουσες φυσικές καταστάσεις. Για παράδειγμα, είπε, πρέπει να υπάρχει ένα σημείο ακριβώς έξω από τα όρια της μαύρης τρύπας, στο οποίο τα σωματίδια δεν θα μπορούσαν να ακολουθήσουν κυκλική ή σταθερή τροχιά. Αντίθετα, η ύλη που εισέρχεται σε αυτή την περιοχή θα βυθίζεται προς τη μαύρη τρύπα με ταχύτητες σχεδόν του φωτός.
Η κατανόηση της Φυσικής της Ύλης σε αυτή την υποθετική περιοχή βύθισης μιας μαύρης τρύπας αποτελεί στόχο των αστροφυσικών εδώ και αρκετό καιρό. Για να το αντιμετωπίσει αυτό, η ομάδα της Οξφόρδης εξέτασε τι συμβαίνει όταν οι μαύρες τρύπες υπάρχουν σε ένα δυαδικό σύστημα με ένα “συνηθισμένο” αστέρι.
Αν οι δύο είναι αρκετά κοντά ή αν αυτό το άστρο είναι ελαφρώς διογκωμένο, η βαρυτική επιρροή της μαύρης τρύπας μπορεί να παρασύρει αστρικό υλικό. Επειδή αυτό το πλάσμα συνοδεύεται από στροφορμή, δεν μπορεί να πέσει κατευθείαν στη μαύρη τρύπα. Αντίθετα, σχηματίζει ένα πεπλατυσμένο περιστρεφόμενο νέφος γύρω από τη μαύρη τρύπα που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης.
Από αυτόν τον δίσκο προσαύξησης, η ύλη τροφοδοτείται σταδιακά προς τη μαύρη τρύπα. Σύμφωνα με τα μοντέλα τροφοδοσίας των μαύρων τρυπών, θα πρέπει να υπάρχει ένα σημείο που ονομάζεται η πιο εσωτερική σταθερή κυκλική τροχιά (ISCO), το τελευταίο σημείο στο οποίο η ύλη μπορεί να παραμείνει σταθερά περιστρεφόμενη σε ένα δίσκο συσσώρευσης. Οποιαδήποτε ύλη πέραν αυτού του σημείου βρίσκεται στην “περιοχή βύθισης” και αρχίζει την αναπόφευκτη κάθοδό της προς το στόμα της μαύρης τρύπας. Η συζήτηση σχετικά με το αν αυτή η περιοχή βύθισης θα μπορούσε ποτέ να ανιχνευθεί λύθηκε όταν η ομάδα της Οξφόρδης βρήκε εκπομπές ακριβώς πέρα από το ISCO των δίσκων προσαύξησης γύρω από μια διπλή μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας που ονομάζεται MAXI J1820+070.
Η μαύρη τρύπα MAXI J1820+070, που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 10.000 ετών φωτός από τη Γη και έχει μάζα περίπου οκτώ Ηλίων, τραβάει υλικό από τον αστρικό της σύντροφο, ενώ εκτοξεύει δίδυμους πίδακες με ταχύτητα περίπου 80% της ταχύτητας του φωτός. Παράγει επίσης ισχυρές εκπομπές ακτίνων Χ.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι το φάσμα των ακτίνων Χ του MAXI J1820+070 σε μια έκρηξη “μαλακής κατάστασης“, η οποία αντιπροσωπεύει εκπομπή από ένα δίσκο προσαύξησης που περιβάλλει μια περιστρεφόμενη, ή “μαύρη τρύπα Kerr“, έναν πλήρη δίσκο προσαύξησης, συμπεριλαμβανομένης της βυθιζόμενης περιοχής.
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι αυτό το σενάριο αντιπροσωπεύει την πρώτη ισχυρή ανίχνευση εκπομπής από μια βυθιζόμενη περιοχή στο εσωτερικό άκρο ενός δίσκου προσαύξησης μιας μαύρης τρύπας και ονομάζουν τέτοια σήματα ως “ενδο-ISCO εκπομπές”. Αυτές οι ενδο-ISCO εκπομπές επιβεβαιώνουν την ακρίβεια της Γενικής Σχετικότητας στην περιγραφή των περιοχών αμέσως γύρω από τις μαύρες τρύπες.
Για τη συνέχεια αυτής της έρευνας, μια ξεχωριστή ομάδα από το Τμήμα Φυσικής της Οξφόρδης συνεργάζεται με μια ευρωπαϊκή πρωτοβουλία για την κατασκευή του τηλεσκοπίου Africa Millimeter Telescope. Αυτό το τηλεσκόπιο θα βελτιώσει την ικανότητα των επιστημόνων να καταγράφουν απευθείας εικόνες των μαύρων τρυπών και θα επιτρέψει να εξεταστούν οι βυθιζόμενες περιοχές των πιο απομακρυσμένων μαύρων τρυπών.
“Αυτό που είναι πραγματικά συναρπαστικό είναι ότι υπάρχουν πολλές μαύρες τρύπες στον γαλαξία, και τώρα έχουμε μια νέα ισχυρή τεχνική για να τις χρησιμοποιήσουμε για να μελετήσουμε τα ισχυρότερα γνωστά βαρυτικά πεδία“, κατέληξε ο Mummery.
[via]
