Οι σπειροειδείς βραχίονες επιτρέπουν στους μαθητές να εκτιμήσουν τη μάζα μιας μαύρης τρύπας

Αστρονόμοι από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Swinburne, στην Αυστραλία και το Πανεπιστήμιο της Duluth στη Μινεσότα, στις ΗΠΑ, έδωσαν ένα τρόπο για τους αστρονόμους γραφείου, ακόμη και για τους μαθητές της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης, να ρίχνουν απλά μια ματιά σε ένα σπειροειδή γαλαξία και να εκτιμούν τη μάζα της κρυμμένης σε αυτόν, κεντρικής μαύρης τρύπας. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Australian Research Council και δημοσιεύεται στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.Δεδομένου ότι ο μαύρες τρύπες εκπέμπουν μη ευδιάκριτο φως, παραδοσιακά μελετώνται μέσω ειδικών τεχνικών παρατηρήσεων των άστρων και του αερίου που περιφέρεται γύρω από αυτές, παρατηρήσεις που με τη σειρά τους παρέχουν μια μέτρηση του πόσο μεγάλη θα πρέπει να είναι η μάζα των μελανών οπών. Τώρα, μια νέα έρευνα βασισμένη σε αυτές τις προϋπάρχουσες μετρήσεις δείχνει ότι η μάζα μιας μαύρης τρύπας μπορεί με ακρίβεια να εκτιμηθεί, απλά κοιτώντας τους σπειροειδείς βραχίονες του γαλαξία που την φιλοξενεί.
Περίπου έναν αιώνα πριν, οι Sir James Jeans και Edwin Hubble παρατήρησαν πως σπειροειδείς γαλαξίες με μεγάλα κεντρικές διογκώσεις έχουν σφιχτά τυλιγμένους σπειροειδείς βραχίονες, ενώ σπειροειδείς γαλαξίες με μικρά κεντρικές διογκώσεις εμφανίζουν πολύ ανοιχτούς σπειροειδείς βραχίονες. Από τότε, εκατοντάδες χιλιάδες, αν όχι εκατομμύρια, σπειροειδών γαλαξιών έχουν ταξινομηθεί ως τύποι Sa, Sb, Sc, Sd, σε σχέση με τους σπειροειδείς τους βραχίονες.
Ο καθηγητής Marc Seigar, του Swenson College of Science and Engineering στο Πανεπιστήμιο της Duluth στη Μινεσότα και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, ανακάλυψε – περίπου πριν από μια δεκαετία – μια σχέση μεταξύ της μάζας της κεντρικής μαύρης τρύπας και του πόσο σφιχτά (σφιχτότητα;) είναι οι σπειροειδείς βραχίονες του γαλαξία. Ο Dr Benjamin Davisκαι ο καθηγητής Alister Graham, από το Κέντρο για την Αστροφυσική και τους Υπερ-υπολογιστές, οδήγησαν τη νέα έρευνα αναθεώρησης αυτής της σύνδεσης μεταξύ της μάζας της μαύρης τρύπας και της γεωμετρίας των σπειροειδών βραχιόνων.

Μετά από προσεκτική ανάλυση ενός μεγάλου δείγματος γαλαξιών, που φωτογραφήθηκαν από μια συστοιχία διαστημικών τηλεσκοπίων, οι ερευνητές παρατήρησαν μια αναπάντεχα ισχυρή σχέση και μια που προβλέπει μικρότερες μάζες μελανών οπών σε γαλαξίες με ανοιχτούς σπειροειδείς βραχίονες (τύποι Sc και Sd). «Η ισχύς της σχέσης ανταγωνίζεται με, αν δεν είναι καλύτερη από, όλες τις άλλες μεθόδους μας που χρησιμοποιούνται για να προβλέψουμε μάζες μελανών οπών», δηλώνει ο Dr Davis. «Ο οποιοσδήποτε μπορεί τώρα να κοιτάξει σε μια εικόνα ενός σπειροειδούς γαλαξία και αμέσως να εκτιμήσει πόσης μάζας θα πρέπει να είναι η μαύρη τρύπα που περιέχει».
Δεδομένου ότι είναι οι δίσκοι των γαλαξιών που φιλοξενούν το σπειροειδές μοτίβο, η μελέτη υπογραμμίζει την όχι καλά γνωστή σύνδεση μεταξύ των γαλαξιακών δίσκων και των μελανών οπών. Επιπλέον, η διαδικασία επιτρέπει για προβλέψεις των μαζών μελανών οπών σε γαλαξίες με καθαρούς δίσκους χωρίς αστρική διόγκωση. «Αυτό υποδηλώνει ότι ο μαύρες τρύπες και οι δίσκοι των γαλαξιών που τις φιλοξενούν πρέπει να εξελίσσονται μαζί», λέει ο Dr Davis.
«Είναι τώρα τόσο εύκολο σαν την αλφαβήτα, να ξεκλειδώσουμε αυτό το μυστήριο του σύμπαντός μας και να αποκαλύψουμε τις μάζες των μελανών οπών σε σπειροειδείς γαλαξίες», υποστηρίζει ο καθηγητής Graham και συμπληρώνει: «Κυρίως, η σχέση θα βοηθήσει επίσης την αναζήτηση για τον πληθυσμό μελανών οπών με ενδιάμεση μάζα, που υποψιαζόμαστε αλλά προς το παρόν λείπει, με μάζες μεταξύ 100 και 1000 φορές τη μάζα του Ήλιου μας. Δύσκολο να εντοπιστούν, έχουν μάζες μεγαλύτερες από ότι ένα απλό άστρο, αλλά είναι μικρότερες από ότι οι πάρα πολύ μεγάλης μάζας μαύρες τρύπες που αναπτύσσονται σε δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας σε γιγάντιους γαλαξίες».
Ο αστρονόμοι σκοπεύουν να αναζητήσουν αυτές τις ασύλληπτες μαύρες τρύπες και να ερευνήσουν επιπτώσεις για την παραγωγή βαρυτικών κυμάτων: αυτές τις ρυτιδώσεις της υφής του χωρόχρονου του Einstein που ανακοινώθηκαν για πρώτη φορά από τις συνεργασίες LIGO και Virgo το 2016.

Πηγή: Royal Astronomical Society  egno.gr

Περισσότερα στη δημοσίευση: Updating the (Supermassive Black Hole Mass) – (Spiral Arm Pitch Angle) Relation: A Strong Correlation for Galaxies with Pseudobulges. ArXiv:1707.04001