Γιγάντιες Μαύρες Τρύπες: επιστήμη και φαντασία!

του Διονύση Π. Σιμόπουλου, Επίτιμου διευθυντή Ευγενιδείου Πλανηταρίου

Μια ομάδα αστρονόμων στο Συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρίας ανακοίνωσε προ ημερών τον εντοπισμό μιας γιγάντιας Μαύρης Τρύπας σε καθένα από τα κέντρα δύο γαλαξιών. Η πρώτη στον σπειροειδή γαλαξία NGC 1448, που ανακαλύφτηκε από τον αστρονόμο John Herschel το 1835 και ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση 38 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη προς την κατεύθυνση του νότιου αστερισμού του Ωρολογίου, ενώ η δεύτερη στο κέντρο του σπειροειδή γαλαξία NGC 1448, σε απόσταση 170 εκατομμυρίων ετών φωτός.Και οι δύο αυτές γιγάντιες Μαύρες Τρύπες, που κρύβονται στο εσωτερικό τεραστίων νεφών αερίων και σκόνης στα κέντρα των δύο γαλαξιών, εντοπίστηκαν με τη βοήθεια των Διαστημικών Τηλεσκοπίων ακτίνων Χ NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) που βρίσκεται στο Διάστημα από το 2012, Chandra (στο Διάστημα από το 1999), και τον Ιαπωνικό δορυφόρο Suzaku.
Τα τελευταία πάντως χρόνια, εξερευνώντας εκατοντάδες γειτονικούς μας γαλαξίες διαφόρων μεγεθών, το διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA με την επωνυμία GALEX διαπίστωσε ότι οι υπεργιγάντιες Μαύρες Τρύπες που ελλοχεύουν στους πυρήνες των περισσότερων γαλαξιών δημιουργούν ένα περιβάλλον εχθρικό στη γέννηση νέων άστρων.
Οι επιστήμονες που επεξεργάζονται τις παρατηρήσεις του GALEX εκτιμούν ότι οι ενεργοί πίδακες υλικών που εκτινάσσονται από τις γιγάντιες Μαύρες Τρύπες των μεγαλύτερων γαλαξιών διαλύουν τις συγκεντρώσεις αερίων και σκόνης που θα μπορούσαν δυνητικά να σχηματίσουν νέα άστρα.

                                             
Εκτός όμως από τον GALEX, τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούμε μιαν ολόκληρη αρμάδα διαστημοσυσκευών στην προσπάθειά μας να κατανοήσουμε τις Μαύρες Τρύπες καλύτερα.Πάρτε για παράδειγμα ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον διαστημικό τηλεσκόπιο «ακτίνων γ» που ονομάζεται «SWIFT» και το οποίο τοποθετήθηκε στο Διάστημα τον Νοέμβριο του 2004.
Αποστολή του είναι η διερεύνηση των υπέρλαμπρων «εκρήξεων ακτίνων γάμα» και η αναζήτηση των πιο μυστηριωδών αντικειμένων στο Σύμπαν.
Φυσικά, για να βρούμε κάτι που κρύβεται μέσα στο σκοτάδι είμαστε αναγκασμένοι να εντοπίσουμε τα αποκαλυπτικά σημάδια που αφήνει πίσω του. Τα όργανα που μεταφέρει το «SWIFT» είναι σχεδιασμένα για να καταγράφουν τις εκρήξεις των ακτινοβολιών υψηλής ενέργειας. Αν και οι ακτίνες γάμα δεν μπορούν να εισχωρήσουν στη γήινη ατμόσφαιρα, στο Διάστημα το «SWIFT» διαθέτει μια απρόσκοπτη άποψη του Σύμπαντος σ’ αυτού του είδους τις ακτινοβολίες.
Οι ακτινοβολίες αυτές εκπέμπονται στη διάρκεια της γέννησης μιας Μαύρης Τρύπας, στη διάρκεια δηλαδή του θεαματικού θανάτου ενός γιγάντιου άστρου, με μια έκρηξη «σουπερνόβα». Η έκρηξη αυτή είναι τόσο ισχυρή ώστε λάμπει με την ένταση ενός δισεκατομμυρίου, δισεκατομμυρίων άστρων σαν τον Ήλιο!

                                        
Κι αυτό που πυροδοτεί ένα τέτοιο φαινόμενο είναι η δύναμη που κυβερνάει τον κόσμο μας: η βαρύτητα. Εξ αρχής, άλλωστε, η θεωρία του Αϊνστάιν εξέφραζε μια πραγματικά ριζοσπαστική αντίληψη, ιδιαίτερα όταν εφαρμόζεται στο έπακρο, στο «άκρον άoτον» της χωροχρονικής παραμόρφωσης.
Η επιστήμη εντόπισε αυτό το «άκρον άoτον» σ’ ένα είδος άστρων, που ονομάζονται «Κόκκινοι Υπεργίγαντες» και έχουν μάζα 25 φορές μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου. Αυτού του είδους τα άστρα ζουν μερικά μόνο εκατομμύρια χρόνια, ένα μικρό μόνο ποσοστό της ζωής του Ήλιου μας.
Βαθιά στο εσωτερικό των άστρων αυτών η βαρύτητα ανεβάζει την θερμοκρασία σε ύψη άνω του ενός δισεκατομμυρίου βαθμών. Τέτοια άστρα πέφτουν θύματα της υπερβολικής θερμότητας και πίεσης που δημιουργείται εκεί όπου τα ελαφρύτερα χημικά στοιχεία μεταστοιχειώνονται σε βαρύτερα στοιχεία.
Το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο, το ήλιο σε βηρύλλιο και άνθρακα, κ.ο.κ. μέχρι το 26ο χημικό στοιχείο τον σίδηρο. Ο πυρήνας βαραίνει τόσο πολύ ώστε καταρρέει, καταπίνοντας τον ίδιο του τον εαυτό. Με την κατάρρευση τα υλικά του εξοστρακίζονται και μαζί τους ένα κρουστικό κύμα εκτοξεύεται προς τα έξω και ο γίγαντας εκρήγνηται ως σουπερνόβα.
Όταν η σκόνη καταλαγιάσει, αυτό που έχει απομείνει είναι μια Μαύρη Τρύπα, ένα αντικείμενο με μάζα ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την μάζα της Γης, αλλά κι ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο. Πρόκειται για μια τρύπα στο τεραδιάστατο χωροχρονικό συνεχές. Ένα σημείο στο χωρόχρονο που όσο το πλησιάζεις η βαρύτητα αφηνιάζει.
Είναι σαν να βρισκόμαστε πάνω σ’ ένα αγριεμένο ποτάμι του οποίου το ρεύμα μας παρασέρνει όλο και πιο γρήγορα προς έναν τεράστιο καταρράκτη! Κι όσο πλησιάζουμε τόσο πιο δυνατό είναι και το ρεύμα που μας παρασέρνει. Κατευθυνόμαστε προς ένα σημείο χωρίς γυρισμό. Με κοσμικούς όρους το σημείο αυτό είναι ο «Ορίζοντας Γεγονότων» της Μαύρης Τρύπας, ενώ πέρα από το όριο αυτό δεν υπάρχει επιστροφή, ούτε και γι’ αυτό ακόμη το φως.

                                             
Κι όμως πρόκειται για κάτι το συνηθισμένο στο Σύμπαν. Οι αστρονόμοι έχουν ήδη ανακαλύψει δεκάδες Μαύρες Τρύπες στο εσωτερικό του Γαλαξία μας, και υπολογίζουν ότι υπάρχουν δεκάδες ακόμη εκατομμύρια τέτοια αντικείμενα.
Αλλά η βαρύτητα δεν σταματάει εκεί. Γιατί φαίνεται ότι υπάρχει και κάποιο άλλο είδος Μαύρων Τρυπών εκεί έξω, αφού ψάχνοντας στο εσωτερικό κι άλλων γαλαξιών πέρα από τον δικό μας, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει πως καθένας απ’ αυτούς κρύβει στο κέντρο του μια τεράστια Μαύρη Τρύπα. Ο γαλαξίας Μ-87, σε απόσταση πενήντα εκατομμυρίων ετών φωτός, για παράδειγμα, κλέβει ασφαλώς την παράσταση.
Στο κέντρο του περιέχει μια Μαύρη Τρύπα με μάζα τέσσερα δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου. Πίσω της έχει αφήσει την υπογραφή της, έναν ισχυρότατο πίδακα υλικών που εκτοξεύτηκε με την ταχύτητα σχεδόν του φωτός. Από που προέρχεται άραγε μια τόσο βίαιη Μαύρη Τρύπα;
Για να μάθουν από που προέρχονται οι γιγάντιες Μαύρες Τρύπες, οι επιστήμονες προσομοίωσαν τις αρχικές στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος με την βοήθεια υπερυπολογιστών και διερεύνησαν την μακρά διαδικασία με την οποία γεννήθηκαν οι γαλαξίες.
Ευθύς εξ αρχής, από τις πρώτες στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος με μια Μεγάλη Έκρηξη, η βαρύτητα βασίλευε στο Σύμπαν έλκοντας τα πρωτογενή αέρια. Τα σύννεφα αυτά δεν ήταν καθόλου ήρεμα, αφού καθώς η πυκνότητά τους μεγάλωνε θερμαίνονταν όλο και πιο πολύ.
Με την πάροδο εκατομμυρίων ετών θερμάνθηκαν τόσο πολύ ώστε κάποια στιγμή πήραν φωτιά. Κι έτσι γεννήθηκαν τα πρώτα άστρα…Η ζωή τους όμως τελείωνε πολύ σύντομα με ισχυρότατες εκρήξεις σουπερνόβα, ενώ οι πυρήνες τους κατέρρεαν σχηματίζοντας Μαύρες Τρύπες.

                                     
Δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, και δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, το «SWIFT» διερευνά σήμερα τον ουρανό για να ανακαλύψει τις πρώτες αυτές εκρήξεις των σουπερνόβα, και να μας βοηθήσει να μάθουμε το τι απέγιναν οι Μαύρες Τρύπες που σχηματίστηκαν μετά τις εκρήξεις αυτές.
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι μερικές από τις Μαύρες αυτές Τρύπες γιγαντώθηκαν καθώς κατευθύνονταν σαν τεράστιες μπουλντόζες προς τα κέντρα των γαλαξιών που τους φιλοξενούσαν καταβροχθίζοντας συγχρόνως τα πλούσια κοιτάσματα αερίων και άστρων που βρίσκονταν εκεί. Μερικές Μαύρες Τρύπες μεγάλωσαν ακόμη περισσότερο όταν οι δρόμοι τους διασταυρώθηκαν.
Στις επιστημονικές προσομοιώσεις που εκτελούνται από τους τεράστιους υπερυπολογιστές των ερευνητικών εργαστηρίων, μπορούμε να παρακολουθήσουμε όλο εκείνο το δράμα από τις συγκρούσεις των πρώτων γαλαξιών, ένα δράμα που χρειάζεται δύο δισεκατομμύρια χρόνια για να εξελιχθεί. Στη διάρκεια της όλης αυτής διαδικασίας οι δύο συγκρουόμενοι γαλαξίες γίνονται ένας, ενώ οι Μαύρες Τρύπες στα κέντρα τους συγχωνεύονται σχηματίζοντας μία και μοναδική με γιγάντιες διαστάσεις.
Τα αέρια που πέφτουν στο εσωτερικό μιας τέτοιας γιγάντιας Μαύρης Τρύπας συμπιέζονται υπερθερμαινόμενα, και εκρήγνηνται μ’ έναν άγριο τρόπο. Τα εκρηκτικά κύματα από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εκτείνονται σε αποστάσεις χιλιάδων ετών φωτός. Μπορούν μάλιστα να διαμορφώσουν ακόμη και την δομή και το μέγεθος του νέου γαλαξία, και να τον εμπλουτίσουν με κάτι το απροσδόκητο.
Γιατί οι Μαύρες Τρύπες μπορεί να είναι ένας από τους κύριους τρόπους με τους οποίους οι γαλαξίες εμπλουτίζονται με τα χημικά στοιχεία που γεννήθηκαν στο εσωτερικό των άστρων: τον άνθρακα, το οξυγόνο και τον σίδηρο, τα υλικά που σχηματίζουν ηλιακά συστήματα, αλλά και ανθρώπους.

                              
Κι ο Γαλαξίας μας, πως μπόρεσε, άραγε, να τα καταφέρει σ’ όλα αυτά; Για πάνω από μια δεκαετία, η αστρονόμος Αντρέα Γκετς, μαζί με την ερευνητική της ομάδα επισκέπτονται την κορυφή του ηφαίστειου Μόνα Κέα στη Χαβάη για να μπορέσουν να το μάθουν.
Δουλεύοντας με το γιγάντιο Τηλεσκόπιο Κεκ, η Γκετς παρακολουθεί μια παράξενη παρουσία στο κέντρο του Γαλαξία μας. Μία ομάδα άστρων περιφέρονται γύρω από ένα σημείο και η Γκετς μετράει τις ταχύτητές τους για να προβλέψει έτσι τις τροχιές τους. Το τηλεσκόπιο που χρησιμοποιεί είναι τόσο ισχυρό ώστε μπορεί να διασχίσει τον Γαλαξία μας, μέσα από ένα στρώμα κοσμικής σκόνης με πάχος 26.000 ετών φωτός, και να φτάσει στα άστρα του γαλαξιακού κέντρου.
Οτιδήποτε κι αν είναι αυτό που τα έχει αιχμαλωτίσει επιταχύνει τα άστρα που βρίσκονται πλησιέστερά του σε ταχύτητες που φτάνουν τα πέντε εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα.
Με αυτά τα δεδομένα, η Γκετς και η ομάδα της υπολογίζουν ότι ο υπεύθυνος αυτής της κατάστασης αποτελείται από υλικά που φτάνουν σχεδόν τα τέσσερα εκατομμύρια φορές την μάζα του Ήλιου, ατράνταχτη απόδειξη ότι στο κέντρο του Γαλαξία μας παραφυλάει μια υπεργιγάντια Μαύρη Τρύπα. Η Αντρέα έχει αποδείξει την ύπαρξη της Μαύρης Τρύπας χωρίς να την δει απ’ ευθείας.
Κι έτσι μένουμε με το ερωτηματικό: πως είναι άραγε τα πράγματα εκεί κοντά; Τώρα πια μπορούμε να πάψουμε να αναρωτιόμαστε και να επισκεφτούμε μόνοι μας το τέρας αυτό του γαλαξιακού κέντρου. Φυσικά, δεν υπάρχει κάποιο διαστημόπλοιο που να κατευθύνεται προς τα εκεί στο βραχυπρόθεσμο μέλλον, αλλά κάτι τέτοιο δεν μπορεί να μας εμποδίσει αφού μπορούμε να κάνουμε το ταξίδι αυτό χάρη στις τελευταίες τηλεσκοπικές παρατηρήσεις, τα υπολογιστικά μας μοντέλα και τους ειδικούς προσομοιωτές.


Ο Γαλαξίας μας έχει διάμετρο που μία ακτίνα φωτός χρειάζεται 100.000 χρόνια για να ταξιδέψει από την μια του άκρη ως την άλλη. Όσο πιο μακριά ταξιδεύουμε από την ήσυχη γειτονιά μας, στα δύο τρίτα από το κέντρο του Γαλαξία, τόσο πιο στριμωγμένα γίνονται τα πράγματα. Μπροστά μας αντιμετωπίζουμε ένα πραγματικό μποτιλιάρισμα άστρων, νεφελωμάτων και υπέρθερμων αερίων, που δεν έχει σταματημό.
Πλησιάζουμε το κέντρο, και ήδη έχουν αρχίσει να μας πλαισιώνουν σημάδια αναταραχής: λείψανα εκρήξεων σουπερνόβα και στροβιλιζόμενα αέρια σύννεφα.
Η πορεία μας έχει χαραχτεί από τις παρατηρήσεις αστρονόμων σαν την Γκετς που σημάδεψαν τα σημεία του δρόμου που ακολουθούμε ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο καταγράφονται στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τα ραδιοκύματα έως τις ακτίνες Χ και γάμα.
Στο κέντρο όμως οι διάφορες παρατηρήσεις τους μας έχουν αποκαλύψει έναν εσωτερικό χώρο που έχει ξεκαθαρίσει χάρη στην αδηφάγα όρεξη αυτού που βρίσκεται μπροστά μας.
Ένα σύννεφο υπερθερμασμένων αερίων στροβιλίζεται γύρω του. Η Μαύρη Τρύπα τραβάει προς το μέρος της τα αέρια υλικά και αμέσως μετά εκτοξεύει προς τα έξω το μεγαλύτερο μέρος τους με ένα πίδακα αερίων και ενέργειας.

                                
Ο χώρος στην περιοχή του Γαλαξιακού πυρήνα είναι τόσο πολύ παραμορφωμένος ώστε η κεντρική Μαύρη Τρύπα συμπεριφέρεται σαν ένας τεράστιος φακός, διασκορπίζοντας το φως που διαχέεται γύρω της. Ώσπου τελικά διασχίζουμε τον «Ορίζοντα Γεγονότων», το σημείο απ’ όπoυ δεν υπάρχει επιστροφή.
Μη περιμένετε όμως στο εσωτερικό της Μαύρης Τρύπας να βρείτε ένα απέραντο σκοτάδι, γιατί εκεί μέσα υπάρχει ένα συνονθύλευμα ενέργειας και ύλης. Κρυμμένο στο χάος αυτό υπάρχει ένα ιδιόμορφο χωροχρονικό σημείο, μια μοναδικότητα, μέσα στην οποία βρίσκεται στριμωγμένη ολάκερη η μάζα της Μαύρης Τρύπας.
Φανταστείτε τώρα ότι σ’ αυτόν τον κυκεώνα υπάρχει κι ένα «μάτι του κυκλώνα» που με κάποιον μαγικό τρόπο καλμάρει τα πάντα ολόγυρα έτσι ώστε όλες οι παράξενες προβλέψεις των εξισώσεων του Αϊνστάιν να μπορέσουν να κάνουν παιχνίδι. Σ’ αυτή την περίπτωση μπροστά μας θα ανοίξει ένας διάδρομος που θα μας επιτρέψει να δραπετεύσουμε μέσα από μια σκουληκότρυπα στο χώρο και τον χρόνο.

                                          
Μια σκουληκότρυπα είναι ότι καλύτερο μπορεί να συμβεί σε κάποιον χαρακτήρα ενός μυθιστορήματος επιστημονικής φαντασίας που χρειάζεται εσπευσμένα ένα γρήγορο πέρασμα σε κάποιο άλλο Σύμπαν. Η αλήθεια όμως είναι άλλη…
Στο εσωτερικό μιας Μαύρης Τρύπας υπάρχει τόσο μεγάλη βιαιότητα ώστε η δημιουργία μιας σκουληκότρυπας είναι μάλλον αδύνατη, και πόσο μάλλον για να μπορέσουμε να την διασχίσουμε. Όλα αυτά δεν είναι παρά η προσωποποίηση της άκρατης καταστροφικής μανίας της Φύσης σε κλίμακα που μας είναι αδιανόητη.
Ή μήπως όχι, αφού στην πραγματικότητα δεν πρόκειται παρά για την απλή διεκπεραίωση των φαινομένων ενός ανήσυχου Σύμπαντος.
Πριν από πολύ καιρό, όταν η κεντρική Μαύρη Τρύπα του Γαλαξία μας ήταν νέα, οι ισχυροί άνεμοι που εξέπεμπε έσπειραν τον Γαλαξία μας με χημικά στοιχεία που ήσαν αναγκαία για τον σχηματισμό ενός Ήλιου και των πλανητών του, και ορισμένων όντων που κοιτάζοντας τον ουρανό μπορούν σήμερα να αναρωτιούνται:

                                            
Τι είναι άραγε μια Μαύρη Τρύπα; Η αναζήτηση της απάντησης σ’ αυτό μας το ερώτημααποκαλύπτει ακόμη μεγαλύτερα σκοτεινά μυστήρια, αλλά και φωτεινές αποκαλύψεις.
Κι έτσι, καθώς η επιστήμη και η φαντασία του σύγχρονου ανθρώπου προσπαθεί να κατανοήσει ένα Σύμπαν γεμάτο με απίθανες κοσμικές δυνάμεις και επικίνδυνες Μαύρες Τρύπες, μπορούμε να παρηγορηθούμε με την σταθερότητα ενός κόσμου που, προς το παρόν τουλάχιστον, περιφέρεται γύρω από ένα σταθερό άστρο σ’ έναν από τους σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία μας.
Πρόκειται για ένα κόσμο του οποίου οι κάτοικοι, στην προσπάθειά τους να μάθουν περισσότερα, χρησιμοποίησαν ανέκαθεν την ευφυΐα, την υπομονή και την τεχνολογία τους για να μπορέσουν να διευκρινίσουν την πραγματική φύση του Σύμπαντος που τους περιβάλλει…

Πηγή:http://poplike.gr  του Διονύσιου Σιμόπουλου