Μαύρες τρύπες που περιστρέφονται αδιανόητα γρήγορα αποκαλύπτουν στοιχεία για το πρώιμο σύμπαν

Επιστήμονες ανακάλυψαν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που περιστρέφονται με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, απορροφώντας σκόνη και αέρια. Αυτή η παρατήρηση προσφέρει μια νέα μέθοδο κατανόησης της εξέλιξής τους τα τελευταία 7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Χάρη στις παρατηρήσεις του Sloan Digital Sky Survey (SDSS), προέκυψαν δύο βασικά συμπεράσματα: Στα πρώτα στάδια του σύμπαντος, οι συνθήκες ήταν πιο σταθερές. Αργότερα, η ανάπτυξη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών επιταχύνθηκε μέσω της συγχώνευσης μικρότερων μαύρων τρυπών, που σχηματίστηκαν από συγκρούσεις γαλαξιών, και της απορρόφησης τεράστιων ποσοτήτων αερίων και σκόνης.

Η συγχώνευση γαλαξιών δεν αρκεί

Μέχρι σήμερα, η μελέτη των γιγαντιαίων μαύρων τρυπών επικεντρωνόταν σε αυτές που βρίσκονται στο κέντρο γαλαξιών, καλύπτοντας μια χρονική περίοδο έως 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι περιστρέφονται τόσο γρήγορα, που η συγχώνευση γαλαξιών από μόνη της δεν μπορεί να εξηγήσει αυτήν την ταχύτητα. Αντίθετα, φαίνεται ότι η σταδιακή και συνεχής απορρόφηση μάζας έπαιξε καθοριστικό ρόλο.

Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν μάζα που κυμαίνεται από μερικά εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Παρά την πολυπλοκότητά τους, μπορούν να περιγραφούν με δύο βασικά χαρακτηριστικά: τη μάζα και την περιστροφή τους.

Η πρόκληση της μέτρησης της περιστροφής

Ένα σημαντικό εμπόδιο στη μελέτη των μαύρων τρυπών είναι η αδυναμία διαχωρισμού της περιστροφής της μαύρης τρύπας από αυτήν της ύλης που την περιβάλλει. Όπως εξηγούν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κονέκτικατ, αυτό καθιστά τις μετρήσεις ιδιαίτερα απαιτητικές. Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες ασκούν ισχυρή βαρυτική έλξη, αναγκάζοντας τα γειτονικά υλικά να περιστρέφονται, γεγονός που περιπλέκει τις παρατηρήσεις.

Για να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις μάζας σε εκατοντάδες μαύρες τρύπες, συνδυάζοντάς τες με αναλύσεις των δίσκων συσσώρευσης. Τα δεδομένα προήλθαν από παρατηρήσεις του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, επιτρέποντας την εκτίμηση της ταχύτητας περιστροφής των μαύρων τρυπών.

Μια μικρή μετατόπιση στο μήκος κύματος της ακτινοβολίας μπορεί να αποκαλύψει σημαντικές πληροφορίες για την περιστροφή. Όταν ένα υλικό πέφτει στη μαύρη τρύπα, αυξάνει την ταχύτητα περιστροφής της, παρέχοντας στοιχεία για την ιστορία της και τα είδη μάζας που έχει απορροφήσει.

«Αρχαιολογία» δισεκατομμυρίων ετών

Αυτή η προσέγγιση έχει χαρακτηριστεί ως «αρχαιολογία μαύρης τρύπας». Μελετώντας την περιστροφή, οι επιστήμονες αποκρυπτογραφούν το παρελθόν της.

Μέχρι πρόσφατα, τα μοντέλα έδειχναν ότι οι μαύρες τρύπες αυξάνουν τη μάζα τους κυρίως μέσω συγχώνευσης γαλαξιών. Ωστόσο, η περιστροφή των γαλαξιών μπορεί είτε να ενισχύει είτε να μειώνει την περιστροφή των μαύρων τρυπών. Αν η συγχώνευση ήταν η μοναδική διαδικασία, θα έπρεπε να παρατηρούνται και μαύρες τρύπες με χαμηλές ταχύτητες περιστροφής. Αντίθετα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η περιστροφή των μαύρων τρυπών αυξάνεται συνεχώς. Μάλιστα, ορισμένες περιστρέφονται ταχύτερα από τις προβλέψεις, ενισχύοντας την υπόθεση ότι η συσσώρευση αερίων και σκόνης παίζει κρίσιμο ρόλο.

Η χρήση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb έχει επιτρέψει την παρατήρηση υπερμεγέθων μαύρων τρυπών σε ακόμη πιο πρώιμες φάσεις του σύμπαντος, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση της εξέλιξής τους.