Το Τέρας του Γαλαξιακού Κέντρου

Σήμερα το μεσημέρι (9 Αυγούστου στις 13:00 ώρα Ελλάδος) το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO) ανακοίνωσε τα νέα ευρήματα μιας ομάδας Γερμανών και Τσέχων αστρονόμων που προέκυψαν από την ανάλυση των παρατηρήσεων που έκανε το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) του ESO στη Χιλή καθώς και άλλα τηλεσκόπια που αποδεικνύουν ότι ο Αϊνστάιν είχε για μιαν ακόμη φορά δίκιο! Ένα από τα άστρα (S2) του Γαλαξιακού κέντρου, που έχει μάζα 15 φορές τα υλικά του Ήλιου και η πλησιέστερη απόστασή του από την κεντρική Μαύρη Τρύπα είναι 120 φορές η απόσταση Γης-Ηλίου, παρατηρήθηκε να συμπεριφέρεται ακριβώς όπως και ο πλανήτης Ερμής γύρω από τον Ήλιο μας. Οι παρατηρήσεις αυτές αποδεικνύουν ότι οι τροχιές των άστρων γύρω από την τεράστια Μαύρη Τρύπα που ελλοχεύει στο κέντρο του Γαλαξία μας, σε μιαν απόσταση σχεδόν 27.000 ετών φωτός (8.200 παρσέκ) από τη Γη, παρεκκλίνουν ακριβώς όπως προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Το ισχυρό βαρυτικό πεδίο της Μαύρης Τρύπας, άλλωστε, είναι το τέλειο περιβάλλον για τον έλεγχο της Γενικής Σχετικότητας. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής δημοσιεύονται στο Astrophysical Journal με τίτλο “Investigating the Relativistic Motion of the Stars Near the Black Hole in the Galactic Center” [https://www.eso.org/…/re…/sciencepapers/eso1725/eso1725a.pdf].

Σε μία άλλη μελέτη της οποίας τα αποτελέσματα ανακοινώθηκαν στις αρχές Αυγούστου, [https://www.cnet.com/…/black-hole-milky-way-galaxy-univers…/ ], υπολογίστηκε ότι ο Γαλαξίας μας πρέπει να περιλαμβάνει μέχρι και 100 εκατομμύρια αστρικές Μαύρες Τρύπες. Καμιά όμως απ’ αυτές δεν μπορεί να συγκριθεί με την κεντρική Μαύρη Τρύπα του γαλαξιακού μας κέντρου, αφού άλλες πρόσφατες μελέτες που έχουν γίνει επιβεβαίωσαν πλέον χωρίς αμφιβολία ότι η κεντρική μας Μαύρη Τρύπα έχει μάζα τεσσάρων εκατομμυρίων ήλιων. Επειδή όμως υπάρχουν μεγάλες ποσότητες διαστρικής σκόνης ανάμεσα στη Γη και στο κέντρο, που εμποδίζει την ορατότητά μας στο οπτικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, οι αστρονόμοι κάνουν τις παρατηρήσεις τους αυτές στο υπέρυθρο τμήμα που έχει την δυνατότητα να διαπερνάει το εμπόδιο της σκόνης.
Παρόμοιες μελέτες έχουν γίνει και στο παρελθόν, όπως για παράδειγμα η μελέτη που έγινε πριν από μία δεκαετία από μια ομάδα Γερμανών αστρονόμων που μελέτησε επί 15 χρόνια την συμπεριφορά των τροχιών 28 άστρων γύρω από την κεντρική γιγάντια Μαύρη Τρύπα του Γαλαξία μας. Μία άλλη έρευνα το 2003 απέδειξε ότι όλη αυτή η τεράστια ποσότητα των υλικών είναι περιορισμένη σε μία περιοχή δέκα φορές μικρότερη από την απόσταση της Γης από τον Ήλιο. Η περιοχή αυτή είναι ιδιαίτερα πλούσια σε αστρικές ομάδες και νεφελώματα κι από τη Γη φαίνεται προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Τοξότη, και είναι γνωστή με την ονομασία «Τοξότης Α*» (SgrA*). Υπολογίστηκε επίσης ότι η Μαύρη αυτή Τρύπα περιστρέφεται μια φορά κάθε 11 λεπτά, που σημαίνει ότι η ταχύτητα περιστροφής της φτάνει τα 90.000 χλμ. το δευτερόλεπτο, δηλαδή το 30% της ταχύτητας του φωτός. Σε σύγκριση ο Ήλιος χρειάζεται έναν περίπου μήνα για μία περιστροφή του, ενώ η Γη χρειάζεται 24 ώρες.
Όπως είναι γνωστό μια «Μαύρη Τρύπα» είναι το αποτέλεσμα της κατάρρευσης ενός γιγάντιου άστρου του οποίου ο πυρήνας, ακόμη και μετά την έκρηξη του ως σουπερνόβα, περιέχει υλικά πάνω από τρεις ηλιακές μάζες. Τότε η βαρυτική κατάρρευση των υλικών του είναι ολοκληρωτική και κανένας μηχανισμός της φύσης δεν μπορεί να τη συγκρατήσει. Έτσι, καθώς η ακτίνα του καταρρέοντος άστρου μικραίνει, φτάνει στο μέγεθος ενός νοητού κελύφους στην επιφάνεια του οποίου η βαρυτική του δύναμη είναι άπειρη και η απαιτούμενη ταχύτητα διαφυγής υπερβαίνει την ίδια την ταχύτητα του φωτός. Οπότε σε μία Μαύρη Τρύπα ακόμη και το φως δεν μπορεί να διαφύγει απ’ αυτήν. Σχηματίζεται έτσι ένα νοητό απαγορευτικό κέλυφος, με την ονομασία «ορίζοντας γεγονότων». Οτιδήποτε περάσει μέσα σ’ αυτόν δεν ξαναγυρίζει πίσω.
Ο σχηματισμός όμως του ορίζοντα γεγονότων δε σημαίνει ότι το άστρο σταματάει τη βαρυτικη του κατάρρευση. Αντίθετα, η κατάρρευση συνεχίζεται ακάθεκτη, ενώ η ακτίνα του μικραίνει συνεχώς, έως ότου το άστρο περιοριστεί σ’ ένα «ιδιόμορφο χωροχρονικό σημείο» που ονομάζεται «μοναδικότητα» (singulαrity) ή «σημειακή ιδιομορφία», συντρίβοντας έτσι μέχρις «αφανισμού» την ύλη του. Σύμφωνα δηλαδή με τις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας στο «ιδιόμορφο» αυτό σημείο (που εντούτοις δεν έχει μηδενικό μέγεθος) η πυκνότητα είναι άπειρη, ο χώρος έχει άπειρη καμπυλότητα κι ο χρόνος σταματά να υπάρχει. Με όλα αυτά, λοιπόν, δεν είναι καθόλου παράξενο που μια Μαύρη Τρύπα αντιμετωπίζεται σήμερα σαν ένα πραγματικά αδιανόητο ουράνιο αντικείμενο, όπου οι νόμοι της φυσικής έχουν «σηκώσει τα χέρια ψηλά» αδυνατώντας είτε να το περιγράψουν αναλυτικότερα είτε να προβλέψουν το τι συμβαίνει στο εσωτερικό του.
Οι μελέτες που έχουν γίνει μέχρι τώρα μας περιγράφουν την γιγάντια Μαύρη Τρύπα του Γαλαξία μας, που περιβάλλεται από έναν φωτεινό δίσκο αστροϋλικών, να καταβροχθίζει κυριολεκτικά ένα προς ένα τα άστρα του γαλαξιακού μας πυρήνα καθώς αυτά εξελίσσονται και πέφτουν προς το κέντρο. Και βέβαια εκτός από άστρα το αδηφάγο αυτό τέρας εξαφανίζει και οτιδήποτε άλλο τολμήσει να το πλησιάσει με αποτέλεσμα την συνεχή του διόγκωση. Μ’ αυτόν τον τρόπο υλικά μιας ηλιακής μάζας παρασύρονται κάθε 1.000 χρόνια από τις βαρυτικές δυνάμεις που επικρατούν στο γαλαξιακό κέντρο. Συγχρόνως σημειώνονται τρομαχτικές εκρήξεις, και η έκλυση τεραστίων ποσοτήτων ακτινοβολίας και ενέργειας. Μία τέτοια «έκρηξη» ακτινοβολιών ακτίνων Χ παρατηρήθηκαν από το «Τσάντρα» να ξεπηδά από την περιοχή της Μαύρης Τρύπας. Αυτού του είδους οι εκρήξεις παράγονται από τον καταποντισμό μεγάλων ποσοτήτων ύλης στην βαρυτική άβυσσο της Μαύρης Τρύπας. Όταν η καταδικασμένη ύλη πέσει στα πλοκάμια της Μαύρης Τρύπας υπερθερμαίνεται και εκπέμπει ακτίνες Χ σαν ένα «κύκνειο άσμα» πριν από την οριστική εξαφάνισή της. Είναι το πλησιέστερο που έχουν φθάσει οι αστρονόμοι στο «χείλος του γκρεμού», στον «ορίζοντα γεγονότων» δηλαδή που περιβάλλει μια Μαύρη Τρύπα.
Οι νέες, πάντως, ανακοινώσεις επιβεβαιώνονται κι από μια άλλη ερευνητική ομάδα με επί κεφαλής την αστροφυσικό Αντρέα Γκετς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες. Η ερευνητική ομάδα της Γκετς επισκέπτεται τα τελευταία 25 περίπου χρόνια την συστοιχία τηλεσκοπίων στην κορυφή του ηφαίστειου Μόνα Κέα στη Χαβάη για να μελετήσει την καρδιά του Γαλαξία μας. Δουλεύοντας με το γιγάντιο Τηλεσκόπιο Κεκ, η Γκετς παρακολουθεί μια ομάδα άστρων που περιφέρονται γύρω από το κεντρικό σημείο του Γαλαξία και μετράει τις ταχύτητές τους για να προβλέψει έτσι τις τροχιές τους. Τα άστρα που βρίσκονται πλησιέστερα στο γαλαξιακό κέντρο επιταχύνονται σε ταχύτητες που φτάνουν τα πέντε εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα. Κι έτσι η Αντρέα έχει αποδείξει την ύπαρξη της Μαύρης Τρύπας χωρίς να την δει απ’ ευθείας.
Οι μελέτες αυτές στον δικό μας Γαλαξία μάς βοηθούν στην κατανόηση της συμπεριφοράς παρόμοιων γιγάντιων Μαύρων Τρυπών στα κέντρα και των άλλων γαλαξιών αφού η κεντρική περιοχή του Γαλαξία μας μπορεί να μελετηθεί λεπτομερέστερα λόγω της μικρότερης απόστασής της. Στην προσπάθειά μας δηλαδή να αποκαλύψουμε τα μυστικά του δικού μας Γαλαξία, έχουμε ήδη στρέψει την προσοχή μας κι έχουμε αρχίσει να μελετάμε πιο επισταμένα τις γιγάντιες Μαύρες Τρύπες και των άλλων γαλαξιών του Σύμπαντος, μερικές εκ των οποίων είναι όντως τεραστίων διαστάσεων. Ο γαλαξίας Μ-87, για παράδειγμα, σε απόσταση πενήντα εκατομμυρίων ετών φωτός, κλέβει ασφαλώς την παράσταση. Στο κέντρο του περιέχει μια Μαύρη Τρύπα με μάζα δύο δισεκατομμυρίων ήλιων. Πίσω της έχει αφήσει την υπογραφή της: έναν ισχυρότατο πίδακα υλικών που εκτοξεύτηκε με την ταχύτητα σχεδόν του φωτός.

Μία μελέτη πάντως του Πανεπιστημίου του Γιέηλ, προτείνει ότι ακόμη και η πιο μεγάλη Μαύρη Τρύπα στο Σύμπαν δεν μπορεί να γιγαντωθεί πέρα από ένα όριο, κι αυτό το όριο είναι η μάζα δέκα δισεκατομμυρίων άστρων σαν τον Ήλιο. Σύμφωνα με την μελέτη αυτή οι ίδιες οι Μαύρες Τρύπες όταν φτάσουν στο όριο αυτό χάνουν την όρεξή τους για περισσότερα υλικά και σταματούν τον γιγαντισμό τους ανεξάρτητα με το που βρίσκονται στο Σύμπαν, ακόμη κι αν η γύρω τους περιοχή είναι γεμάτη με «αστρικές λιχουδιές». Η εκτίμηση, άλλωστε, των ερευνητών είναι ότι η εξελικτική πορεία των γιγάντιων Μαύρων Τρυπών στα κέντρα των γαλαξιών ακολουθεί κατά πόδας την εξελικτική πορεία και του ίδιου του γαλαξία στον οποίο κατοικοεδρεύουν. Οι κεντρικές Μαύρες Τρύπες, δηλαδή, παίζουν έναν σπουδαίο ρόλο στην όλη εξέλιξη των γαλαξιών. Αλλά αυτό είναι μια άλλη πάλι ιστορία!

Διονύσης Π. Σιμόπουλος