Επιστήμονες παίρνουν μια πρώτη γεύση από μαύρη τρύπα που τρώει άστρο εκτινάσσοντας υψηλής ταχύτητας πίδακα πλάσματος

Μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής έναν επιστήμονα του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, έγινε για πρώτη φορά μάρτυρας μιας μαύρης τρύπας που καταπίνει ένα άστρο εκτοξεύοντας πίδακα ύλης που κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Το εύρημα, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science, παρακολουθεί το άστρο-περίπου στο μέγεθος του Ήλιου μας-καθώς μετατοπίζεται από τη συνήθη πορεία του, γλιστρά μέσα στην βαρυτική έλξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας και απορροφάται, είπε ο Sjoert van Velzen, συνεργάτης του Hubble στο Johns Hopkins.

«Αυτά τα γεγονότα είναι εξαιρετικά σπάνια», είπε ο van Velzen. «Είναι η πρώτη φορά που βλέπουμε τα πάντα από την αστρική καταστροφή που ακολουθήθηκε από την εκτόξευση μιας κωνικής εκροής, που καλείται επίσης τζετ (jet) και το παρακολουθήσαμε να ξεδιπλώνονται κατά τη διάρκεια αρκετών μηνών».

Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές του διαστήματος τόσο πυκνές που η ακαταμάχητη δύναμη της βαρύτητας σταματά τη διαφυγή της ύλης, του αερίου, ακόμη και του φωτός, καθιστώντας τα αόρατα και δημιουργώντας την εικόνα ενός κενού στον ιστό του χωροχρόνου. Οι αστροφυσικοί είχαν προβλέψει ότι όταν μια μαύρη τρύπα τροφοδοτείται ισχυρά από μια μεγάλη ποσότητα αερίου, σε αυτή την περίπτωση από ένα ολόκληρο άστρο, τότε ένας πίδακας ταχύτατα κινούμενων σωματιδίων πλάσματος-στοιχειώδη σωμάτια μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο-μπορεί να ξεφύγει από την στεφάνη, ή τον «ορίζοντα γεγονότων», κοντά στη μαύρη τρύπα. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι αυτή η πρόβλεψη ήταν σωστή, λένε οι επιστήμονες.

Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι μεγαλύτερες των μαύρων οπών, πιστεύεται ότι υπάρχουν στο κέντρο των πιο μαζικών γαλαξιών. Η συγκεκριμένη βρίσκεται στο «ελαφρύτερο» άκρο του φάσματος των υπερμεγεθών μαύρων τρυπών, με μόνο ένα εκατομμύριο φορές τη μάζα του ήλιου μας περίπου, αλλά που έχει τη δύναμη να καταβροχθίσει ένα αστέρι.

Η πρώτη παρατήρηση άστρου που καταστρέφεται έγινε από μια ομάδα στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Ohio, χρησιμοποιώντας ένα οπτικό τηλεσκόπιο στη Χαβάη. Εκείνη η ομάδα ανακοίνωσε την ανακάλυψή της στο Twitter στις αρχές του Δεκεμβρίου του 2014. Μετά την πληροφόρηση του γεγονότος, ο van Velzen ήλθε σε επαφή με μια ομάδα αστροφυσικής με επικεφαλής τον Rob Fender στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στη Μεγάλη Βρετανία. Αυτή η ομάδα χρησιμοποίησε ραδιοτηλεσκόπια για να παρακολουθήσει όσο το δυνατόν πιο γρήγορα. Ήταν ακριβώς στην ώρα για δράση. 

Καλλιτεχνική απεικόνιση άστρου που έλκεται από μια μαύρη τρύπα και καταστρέφεται (αριστερά) και η μαύρη τρύπα που αργότερα αποβάλλει ένα πίδακα πλάσματος που συνίσταται από θραύσματα που έμεινα από την καταστροφή του άστρου.

Μέχρι τη στιγμή που έγινε αυτό, η διεθνής ομάδα είχε δεδομένα από δορυφόρους και επίγεια τηλεσκόπια που συλλάμβαναν ακτίνες-Χ, ραδιοσήματα και οπτικά σήματα, παρέχοντας ένα εκπληκτικό «πολλαπλού μήκους κύματος» πορτρέτο του γεγονότος αυτού. Βοηθήθηκε από το ότι ο υπό έρευνα γαλαξίας είναι πιο κοντά στη Γη, από ότι εκείνοι που μελετήθηκαν προηγουμένως με την ελπίδα του εντοπισμού ενός τζετ που προκύπτει μετά την καταστροφή ενός άστρου. Αυτός ο γαλαξίας είναι περίπου 300 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, ενώ οι άλλοι ήταν τουλάχιστον τρεις φορές πιο μακριά.

Το πρώτο βήμα για την διεθνή ομάδα ήταν να αποκλείσει το ενδεχόμενο ότι το φως προέρχονταν από μια προϋπάρχουσα επεκτεινόμενη μάζα που στροβιλίζεται, αποκαλούμενη «δίσκος προσαύξησης», που σχηματίζεται όταν μια μαύρη τρύπα απορροφά ύλη από το διάστημα. Αυτό το βήμα βοήθησε να επιβεβαιωθεί ότι η ξαφνική αύξηση του φωτός από το γαλαξία οφειλόταν σε ένα άστρο που παγιδεύτηκε πρόσφατα.

«Η καταστροφή ενός άστρου από μια μαύρη τρύπα είναι όμορφα περίπλοκη και απέχει από το να είναι κατανοητή», είπε ο van Velzen. «Από τις παρατηρήσεις μας, μαθαίνουμε ότι οι ροές των αστρικών συντριμμιών μπορεί να οργανωθούν και να δημιουργήσουν έναν πίδακα σχετικά γρήγορα, [γνώση] που είναι πολύτιμη βοήθεια για την οικοδόμηση μιας πλήρους θεωρίας των γεγονότων αυτών».

Ο Van Velzen, την τελευταία χρονιά, ολοκλήρωσε τη διδακτορική του διατριβή στο Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία, στο πλαίσιο της οποίας μελέτησε πίδακες από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Στην τελευταία γραμμή της διατριβής, εξέφρασε την ελπίδα να ανακαλυφθούν τα γεγονότα αυτά μέσα σε τέσσερα χρόνια. Αποδείχθηκε ότι πήρε μόνο λίγους μήνες μετά την τελετή υπεράσπισης της διατριβής του.

Ο Van Velzen και η ομάδα του δεν ήταν οι μόνοι που κυνηγούσαν ραδιοσήματα από αυτά τα συγκεκριμένα άτυχα άστρα. Μια ομάδα στο Harvard παρατήρησε την ίδια πηγή με ραδιοτηλεσκόπια στο Νέο Μεξικό και ανακοίνωσε τα αποτελέσματά της online . Οι δύο ομάδες παρουσίασαν τα αποτελέσματα σε ένα workshop στην Ιερουσαλήμ στις αρχές Νοεμβρίου. Ήταν η πρώτη φορά που οι δύο ανταγωνιστικές ομάδες συναντήθηκαν πρόσωπο με πρόσωπο.

«Η συνάντηση ήταν μια έντονη, αλλά πολύ παραγωγική ανταλλαγή ιδεών σχετικά με την πηγή αυτή», δήλωσε ο van Velzen.

 Johns Hopkins University