Δυναμικές εκλάμψεις φωτός κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, στο κέντρο του γαλαξία μας, Milky Way, εντόπισαν αστρονόμοι μέσω του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb. Οι εικόνες περιλαμβάνουν σύντομες λάμψεις διάρκειας δευτερολέπτων, αλλά και μεγαλύτερες, εκτυφλωτικά φωτεινές εκλάμψεις φωτός σε καθημερινή βάση.

Οι παρατηρήσεις του Webb σηματοδοτούν τη μεγαλύτερη, πιο λεπτομερή ματιά που μπόρεσαν να έχουν οι ερευνητές γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας, που ονομάζεται Τοξότης A*, βασιζόμενοι σε προηγούμενα στοιχεία της εξαιρετικά ενεργητικής δραστηριότητάς της.

Ενώ οι μαύρες τρύπες είναι αόρατες, οι εκλάμψεις από τον στροβιλιζόμενο δίσκο καυτού αερίου και σκόνης, ή δίσκος προσαύξησης**, που περιστρέφεται γύρω από τον Τοξότη A* μοιάζουν με φαντασμαγορία πυροτεχνημάτων. Μια μελέτη που περιγράφει τα ευρήματα δημοσιεύθηκε στο The Astrophysical Journal Letters.

Διαβασε ακομα

Δεν είμαστε μόνοι στο σύμπαν: Λύθηκε το μεγαλύτερο μυστήριο για το πώς ξεκίνησε η ζωή

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι εκλάμψεις προέρχονται από το εσωτερικό χείλος του δίσκου προσαύξησης ακριβώς πέρα ​​από τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας (ένα όριο πέρα από το οποίο τα γεγονότα δεν μπορούν να επηρεάσουν έναν εξωτερικό παρατηρητή) ή την περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα όπου η έλξη της βαρύτητας είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει, σύμφωνα με τη NASA.

«Στα δεδομένα μας, είδαμε συνεχώς μεταβαλλόμενη φούσκα φωτεινότητας», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Farhad Yusef-Zadeh, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Weinberg College of Arts and Sciences του Northwestern University. «Και μετά μπουμ! Μια μεγάλη έκρηξη φωτεινότητας εμφανίστηκε ξαφνικά. Μετά, ηρέμησε ξανά. Δεν μπορέσαμε να βρούμε κάποιο μοτίβο σε αυτήν τη δραστηριότητα. Φαίνεται να είναι τυχαίο. Το προφίλ δραστηριότητας αυτής της μαύρης τρύπας ήταν άλλο και συναρπαστικό κάθε φορά που την κοιτάζαμε».

Οι παρατηρήσεις θα μπορούσαν να ρίξουν φως στο πώς συμπεριφέρονται οι μαύρες τρύπες, αλλά και στον τρόπο με τον οποίο τρέφονται από το περιβάλλον τους.

Παρακολουθώντας ουράνια πυροτεχνήματα

Η ισχυρή, βαρυτική επίδραση των μαύρων τρυπών έλκει αέριο και σκόνη από οποιοδήποτε ουράνιο αντικείμενο που περιπλανιέται πολύ κοντά. Το αέριο και η σκόνη στροβιλίζονται μαζί σε υψηλές ταχύτητες, σχηματίζοντας τον δίσκο προσαύξησης που τροφοδοτεί τη μαύρη τρύπα. Η γρήγορη κίνηση του υλικού το αναγκάζει να θερμανθεί, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή ακτινοβολίας, καθώς και πίδακες υλικού που δεν εισχωρούν στη μαύρη τρύπα.

Η ακτινοβολία και οι πίδακες μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο το αέριο κατανέμεται στους γαλαξίες και να τροφοδοτήσουν τον σχηματισμό αστεριών, γι’ αυτό και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θεωρούνται γιγάντιες μηχανές στα κέντρα των γαλαξιών.

Ο Yusef-Zadeh και οι συνάδελφοί του παρατήρησαν τον Τοξότη Α*, που ονομάζεται επίσης Sgr A*, για 48 ώρες κατά τη διάρκεια ενός έτους σε διαστήματα των οκτώ έως 10 ωρών, χρησιμοποιώντας την κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας του Webb για να παρακολουθήσουν τη δραστηριότητα της μαύρης τρύπας. Η ομάδα εντόπισε πέντε έως έξι μεγάλες εκλάμψεις την ημέρα, καθώς και μικρότερες λάμψεις φωτός ενδιάμεσα.

«Οι εκλάμψεις αναμένεται να συμβαίνουν ουσιαστικά σε όλες τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αλλά η μαύρη τρύπα μας είναι μοναδική», λέει ο Yusef-Zadeh. «Πάντα σφύζει από δραστηριότητα και ποτέ δεν φαίνεται να φτάνει σε σταθερή κατάσταση. Παρατηρήσαμε τη μαύρη τρύπα πολλές φορές το 2023 και το 2024 και είδαμε αλλαγές σε κάθε παρατήρηση. Βλέπαμε κάτι διαφορετικό κάθε φορά, το οποίο είναι πραγματικά αξιοσημείωτο».

Διαβασε ακομα

Πόσο κινδυνεύει ο άνθρωπος από μύκητα ζόμπι που ελέγχει τον εγκέφαλο

Η μεταβλητότητα της δραστηριότητας της μαύρης τρύπας είναι πιθανό να οφείλεται στην τυχαία φύση του υλικού που ρέει στον δίσκο προσαύξησης, εξήγησε ο Yusef-Zadeh.

Η ομάδα πιστεύει ότι οι σύντομες εκρήξεις φωτός δημιουργούνται από μικρές, τυρβώδεις διακυμάνσεις μέσα στον δίσκο προσαύξησης που θα μπορούσαν να συμπιέσουν το καυτό, ενεργειακό αέριο που ονομάζεται πλάσμα και να προκαλέσουν λάμψη ακτινοβολίας.

«Είναι παρόμοιο με το πώς το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου συγκεντρώνεται, συμπιέζει και στη συνέχεια εκτοξεύει μια ηλιακή λάμψη», δήλωσε ο Yusef-Zadeh. «Φυσικά, οι διαδικασίες είναι πιο δραματικές επειδή το περιβάλλον γύρω από μια μαύρη τρύπα είναι πολύ πιο ενεργειακό και πολύ πιο ακραίο».

Εν τω μεταξύ, όσο μακρύτερες και μεγαλύτερες εκλάμψεις μπορεί να συμβούν λόγω γεγονότων μαγνητικής επανασύνδεσης (μια φυσική διαδικασία που συμβαίνει σε ηλεκτρικά αγώγιμα πλάσματα, κατά την οποία η μαγνητική τοπολογία αναδιατάσσεται και η μαγνητική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια, θερμική ενέργεια και επιτάχυνση σωματιδίων) ή όταν δύο διαφορετικά μαγνητικά πεδία συγκρούονται κοντά στη μαύρη τρύπα και απελευθερώνουν ενεργητικά σωματίδια που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

«Ένα γεγονός μαγνητικής επανασύνδεσης είναι σαν μια σπίθα στατικού ηλεκτρισμού, η οποία, κατά μία έννοια, είναι επίσης μια “ηλεκτρική επανασύνδεση”», είπε ο Yusef-Zadeh.

Ένα «ουράνιο τόξο» δραστηριότητας

Οι δυνατότητες του Webb επέτρεψαν στην ομάδα να παρατηρήσει την έκρηξη της μαύρης τρύπας σε δύο διαφορετικά μήκη κύματος φωτός ταυτόχρονα.

«Ήταν σαν να βλέπαμε τον κόσμο έγχρωμο αντί ασπρόμαυρο και (εμείς) βρήκαμε ουράνια τόξα», είπε ο Yusef-Zadeh. «Αυτό σού λέει για τη φύση της δραστηριότητας των εκλάμψεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά του μηχανισμού ακτινοβολίας, το μαγνητικό πεδίο και την πυκνότητα των εκλάμψεων πιο άμεσα».

Οι παρατηρήσεις παρέχουν μια βαθύτερη ματιά στο πώς η δραστηριότητα της μαύρης τρύπας ποικίλλει σε φωτεινότητα με την πάροδο του χρόνου, σημειώνει ο Tuan Do, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα φυσικής και αστρονομίας και αναπληρωτής διευθυντής της ομάδας Galactic Center στο UCLA.

Ο Do δεν συμμετείχε σε αυτήν τη μελέτη αλλά ηγήθηκε της έρευνας για τον Τοξότη Α* στο παρελθόν, συμπεριλαμβανομένης αυτής για την ασυνήθιστη δραστηριότητα που παρουσίασε η μαύρη τρύπα το 2019.

«Η Sgr A* είχε περίπου τη μισή φωτεινότητα στα νέα δεδομένα από ό,τι το 2019, οπότε νομίζω ότι το 2019 εξακολουθεί να ήταν ασυνήθιστα ενεργή», πρόσθεσε ο Do. «Η μαύρη τρύπα και το περιβάλλον της πάντα αλλάζουν, έτσι δεν είμαστε ποτέ σίγουροι τι θα βρούμε! Αυτό είναι που κάνει τις παρατηρήσεις του γαλαξιακού κέντρου τόσο συναρπαστικές, παρόλο που κοιτάζουμε αυτό το σημείο στον ουρανό για δεκαετίες τώρα».

Όταν οι συγγραφείς της τελευταίας μελέτης παρατήρησαν τα δύο διαφορετικά μήκη κύματος φωτός από τη μαύρη τρύπα ταυτόχρονα, συνειδητοποίησαν ότι το μικρότερο μήκος κύματος άλλαξε σε φωτεινότητα λίγο πριν από το μεγαλύτερο μήκος κύματος. Η παρατήρηση έδειξε ότι καθώς τα σωματίδια περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου, χάνουν ενέργεια πιο γρήγορα.

Οι αλλαγές στη φωτεινότητα έχουν σημειωθεί σε προηγούμενη έρευνα και σε πρόσφατα συμπληρωματικά δεδομένα από το όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας του τηλεσκοπίου Webb κι άλλων παρατηρητηρίων.

«Νομίζω ότι το επόμενο μεγάλο βήμα θα ήταν να προσπαθήσουμε να συνδέσουμε αυτές τις διαφορετικές πηγές δεδομένων για να σχηματίσουμε μια πληρέστερη εικόνα της φυσικής του περιβάλλοντος γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα», υπογραμμίζει ο Do.

Διαβασε ακομα

Ανιχνευτές εντόπισαν φάντασμα από το διάστημα στη Μεσόγειο

Η νέα μελέτη επιβεβαιώνει επίσης ότι η μαύρη τρύπα έχει «ασταμάτητη μεταβλητότητα», όπως είχε παρατηρηθεί προηγουμένως, πρόσθεσε ο Mark Morris, διακεκριμένος καθηγητής – ερευνητής στο τμήμα φυσικής και αστρονομίας του UCLA. Ο Morris δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.

«Οι αστρονόμοι ακτίνων Χ (ασχολούνται με την έρευνα των ακτίνων Χ που εκπέμπουν ουράνια σώματα) βλέπουν εύλογα ισχυρές ενδείξεις ότι τα τελευταία εκατοντάδες χρόνια, έχουν συμβεί τουλάχιστον μία, ίσως δύο περιπτώσεις τεράστιων εκλάμψεων», ανέφερε ο Morris μέσω email, «με εντάσεις 10.000 έως 100.000 φορές μεγαλύτερες από οτιδήποτε έχουμε δει το τελευταίο τέταρτο του αιώνα».

Τι μπορεί να προκάλεσε αυτές τις εκλάμψεις; Οι αστρονόμοι δεν γνωρίζουν ακόμη, αλλά είναι πιθανό η μαύρη τρύπα να καταβρόχθισε έναν πλανήτη πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια, είπε ο Morris.

Όταν ο ήλιος προκαλεί ηλιακές καταιγίδες, οι επιστήμονες ανησυχούν επειδή μια τέτοια δραστηριότητα μπορεί δυνητικά να επηρεάσει το GPS, τις επικοινωνίες και το ηλεκτρικό δίκτυο στη Γη. Αλλά σε απόσταση 25.000 ετών φωτός μακριά, η εξαιρετικά ενεργειακή και μεταβλητή δραστηριότητα της κεντρικής μαύρης τρύπας του Γαλαξία μας δεν προκαλεί ανησυχία, κατέστησε σαφές ο Morris.

Ωστόσο, οι παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου Webb επιτρέπουν στους ερευνητές να κατανοήσουν τι είδους «θύελλες» δημιουργούνται όταν η ύλη συμπιέζεται και θερμαίνεται καθώς έλκεται προς τη μαύρη τρύπα.

«Πέρα από το καθαρό ενδιαφέρον για τις πιο εκθαμβωτικές εκλάμψεις που μπορεί να παράγει το σύμπαν, αυτά τα πυροτεχνήματα μπορούν να έχουν βαθιά επίδραση στην εξέλιξη των γαλαξιών στους οποίους βρίσκονται», υπογραμμίζει ο Morris. «Μπορούν να προκαλέσουν ή να εμποδίσουν τον σχηματισμό άστρων σε μεγάλη κλίμακα, μπορούν να αφαιρέσουν αέρια και να αδειάσουν τους γαλαξίες, αφήνοντάς τους ανίκανους να σχηματίσουν αστέρια».

Μια βαθύτερη ματιά

Οι συγγραφείς της μελέτης δεν πιστεύουν ότι η μαύρη τρύπα παρουσίασε μια ασυνήθιστη απότομη έκρηξη δραστηριότητας, αλλά θέλουν να την παρατηρήσουν για ένα συνεχές 24ωρο ώστε να είναι σίγουροι.

«Μπορούμε επίσης να δούμε αν αυτές οι εκλάμψεις παρουσιάζουν περιοδικότητα (ή επαναλαμβάνονται) ή αν είναι πραγματικά τυχαίες», είπε ο Yusef-Zadeh.

Οι αστρονόμοι εξακολουθούν να μην γνωρίζουν πόσο γρήγορα περιστρέφεται ο Τοξότης Α* καθώς καταβροχθίζει την ύλη, αλλά εκτενέστερες παρατηρήσεις θα μπορούσαν να παρέχουν τα απαραίτητα δεδομένα για να βρεθεί η απάντηση.

Τελικά, περισσότερα δεδομένα από τις Webb παρατηρήσεις του Τοξότη Α* θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να προσομοιώσουν πώς συμπεριφέρονται οι δίσκοι προσαύξησης γύρω από τις μαύρες τρύπες, καθώς και να συγκρίνουν τις συμπεριφορές ενεργειακά λιγότερο ενεργών μαύρων τρυπών με πιο ενεργές.

** δίσκος προσαύξησης είναι δομή που σχηματίζεται από διάχυτο υλικό που βρίσκεται σε φθίνουσα τροχιακή κίνηση γύρω από ένα κεντρικό φορέα. Το κέντρο έλξης είναι συνήθως ένα αστέρι, μια μαύρη τρύπα, κλπ.

Με πληροφορίες από CNN