Είναι η πρώτη φορά που γίνονται παρατηρήσεις σε αυτό το εξωτικό κοσμικό φαινόμενο.
Ερευνητική ομάδα κατάφερε να διεισδύσει βαθύτερα από ποτέ στο «μάτι της καταιγίδας» που στροβιλίζεται γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτή η πρωτοφανής διερεύνηση των ταραχώδων και βίαιων συνθηκών γύρω από αυτούς τους κοσμικούς γίγαντες, συμπεριλαμβανομένης της πρώτης μαύρης τρύπας που απεικονίστηκε ποτέ από την ανθρωπότητα, κατέστη δυνατή χάρη στην αποστολή XRISM.
Χρησιμοποιώντας το διαστημικό φασματοσκόπιο XRISM οι αστρονόμοι είχαν ήδη δει σε προηγούμενες εικόνες ακτίνων Χ δείγματα υπερμεγεθών μαύρων τρυπών να επηρεάζουν το περιβάλλον αέριο όμως αυτές νέες εικόνες ήταν στατικές αποτυπώσεις μιας εξαιρετικά δυναμικής διαδικασίας. Μετρώντας την ενέργεια των ακτίνων Χ που προέρχονται από το καυτό αέριο το XRISM παρουσιάζει μια πολύ πιο δυναμική εικόνα της επιρροής των μαύρων τρυπών από ό,τι ήταν διαθέσιμη μέχρι τώρα.
«Είναι σαν κάθε υπερμεγέθης μαύρη τρύπα να βρίσκεται στο μάτι της δικής της καταιγίδας. Πριν από το XRISM ήταν σαν να βλέπαμε μια φωτογραφία της καταιγίδας. Τώρα μπορούμε να μετρήσουμε την ταχύτητα του κυκλών. Για πρώτη φορά μπορούμε να μετρήσουμε άμεσα την κινητική ενέργεια του αερίου που αναδεύεται από τη μαύρη τρύπα» αναφέρει σε ανακοίνωση της η Άνι Χάινριχ από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
Καθοριστικό ρόλο σε αυτή τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature» έπαιξε το XRISM, το οποίο εκτοξεύθηκε το 2023. Το XRISM που λειτουργεί σε συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει το χημικό αποτύπωμα του εξαιρετικά θερμού αερίου γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και να προσδιορίζει την κίνησή του.
«Το XRISM μας επιτρέπει να διακρίνουμε με σαφήνεια τις κινήσεις αερίου που προκαλούνται από τη μαύρη τρύπα από εκείνες που οφείλονται σε άλλες κοσμικές διεργασίες, κάτι που μέχρι τώρα ήταν αδύνατο» δήλωσε ο συνεπικεφαλής της ομάδας Κοντζιάο Ζανγκ από το Πανεπιστήμιο Masaryk στην Τσεχία.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι ακατάστατοι «φαγάδες»
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες με μάζες εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου θεωρείται ότι βρίσκονται στην καρδιά όλων των γαλαξιών. Η τεράστια βαρυτική τους επιρροή αναδεύει αέριο, σκόνη και ακόμη και κοντινά άστρα γύρω τους, ασκώντας έτσι καθοριστική επίδραση στους γαλαξίες που τις φιλοξενούν.
Συχνά περιβάλλονται από τεράστιες ποσότητες αερίου και σκόνης που στροβιλίζονται γύρω τους σε πεπλατυσμένα νέφη, τους λεγόμενους δίσκους προσαύξησης. Αυτοί οι δίσκοι τροφοδοτούν σταδιακά τη μαύρη τρύπα με ύλη, όμως μεγάλο μέρος αυτής της ύλης κατευθύνεται προς τους πόλους της από ισχυρά μαγνητικά πεδία, όπου τα σωματίδια επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός και εκτοξεύονται ως δίδυμοι πίδακες.
Το γεγονός ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι τόσο ακατάστατοι «φαγάδες» σημαίνει ότι δεν αναδεύουν μόνο το αέριο στο άμεσο περιβάλλον τους, αλλά διοχετεύουν και τεράστιες ποσότητες ενέργειας στα γύρω τους στρώματα. Αυτή η επιρροή εκτείνεται πολύ πέρα από την άμεση γειτονιά της μαύρης τρύπας, φτάνοντας σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιάδων ετών φωτός. Μπορεί να επηρεάσει τους γαλαξίες με διάφορους τρόπους, μεταξύ άλλων «σκοτώνοντας» τον ενεργό σχηματισμό άστρων, εκδιώκοντας το αέριο που αποτελεί το δομικό υλικό για νέα άστρα. Έτσι, η κατανόηση της επίδρασης των μαύρων τρυπών στους γαλαξίες τους είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της γαλαξιακής εξέλιξης.
Κρίσιμη έρευνα
Μία από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που μελέτησε η ομάδα είναι ιδιαίτερα γνωστή στους φίλους της αστρονομίας. Το 2019, το κοινό έμαθε ότι η M87*, που βρίσκεται στον γαλαξία Messier 87 μέσα στο Σμήνος της Παρθένου, έγινε η πρώτη μαύρη τρύπα που απεικονίστηκε από την ανθρωπότητα χάρη στο Event Horizon Telescope.
Στην πρόσφατη μελέτη, το XRISM εστίασε σε μια σχετικά μικρή περιοχή γύρω από τη M87* και ανακάλυψε την ισχυρότερη ανατάραξη που έχει παρατηρηθεί ποτέ σε σμήνος γαλαξιών, ακόμη πιο βίαιη από τις συνθήκες που δημιουργούνται όταν σμήνη γαλαξιών συγκρούονται και συγχωνεύονται.
«Οι ταχύτητες είναι υψηλότερες κοντά στη μαύρη τρύπα και μειώνονται πολύ γρήγορα πιο μακριά» δήλωσε η ερευνήτρια Χάνα ΜακΚολ από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο. «Οι ταχύτερες κινήσεις πιθανότατα οφείλονται σε έναν συνδυασμό στροβιλισμών και ενός κρουστικού κύματος εξερχόμενου αερίου, και τα δύο προϊόντα της μαύρης τρύπας».
Η ομάδα μελέτησε επίσης την κίνηση του αερίου στο Σμήνος του Περσέα, το λαμπρότερο σμήνος σε ακτίνες Χ όπως φαίνεται από τη Γη. Η φωτεινότητά του επέτρεψε στους ερευνητές να χρησιμοποιήσουν τα δεδομένα του XRISM για να χαρτογραφήσουν την κίνηση του αερίου τόσο κοντά στο κέντρο όσο και πιο μακριά από αυτό.
Αυτό αποκάλυψε την «ώθηση» που δίνει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στην ταχύτητα του αερίου, καθώς και την κίνηση που προκαλείται από μια συνεχιζόμενη συγχώνευση μεταξύ του Περσέα και μιας αλυσίδας γαλαξιών.
Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα άστρα δεν είναι τόσο πυκνά συγκεντρωμένα στους πυρήνες των σμηνών γαλαξιών όσο αναμένουν οι αστρονόμοι. Η ομάδα θεωρεί ότι αν η ενέργεια του κινούμενου αερίου που ανιχνεύθηκε μετατρέπεται σε θερμότητα, τότε εμποδίζει τα νέφη αερίου να ψυχθούν αρκετά ώστε να καταρρεύσουν και να σχηματίσουν άστρα.
«Παραμένει ανοιχτό ερώτημα αν αυτή είναι η μοναδική διαδικασία θέρμανσης που λειτουργεί, όμως τα αποτελέσματα καθιστούν σαφές ότι η ανατάραξη είναι απαραίτητο στοιχείο της ανταλλαγής ενέργειας μεταξύ υπερμεγεθών μαύρων τρυπών και του περιβάλλοντός τους» λέει η ΜακΚολ. Το XRISM συνεχίζει να συλλέγει δεδομένα ακτίνων Χ που θα μπορούσαν να προσφέρουν ακόμη πιο καθαρή εικόνα της σχέσης μεταξύ υπερμεγεθών μαύρων τρυπών και των γαλαξιών τους, καθώς και του πώς αυτή η σχέση μεταβάλλεται καθώς και οι δύο εξελίσσονται με τον χρόνο.
«Με βάση όσα έχουμε ήδη μάθει, είμαι βέβαιη ότι πλησιάζουμε στη λύση ορισμένων από αυτά τα μυστήρια» δήλωσε η Ιρίνα Ζουράβλεβα από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
