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 έρευνες του Sloan Digital Sky Survey (SDSS), οργανισμού αστρονομικών μελετών στο Νέο Μεξικό, προέκυψαν δύο βασικά συμπεράσματα: πρώτον, ότι στα πρώτα στάδια του σύμπαντος, οι συνθήκες ήταν πιο σταθερές και δεύτερον ότι αργότερα, η ανάπτυξη των υπερμεγεθών 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 για τις γιγαντιαίες μαύρες τρύπες 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 των πειραμάτων

Ένα σημαντικό εμπόδιο στη μελέτη τους 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 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 εξέταση 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. 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 διαδικασία αυτή μπορεί είτε να ενισχύει είτε να μειώνει την περιστροφή των μαύρων τρυπών. Αν η συγχώνευση ήταν η μοναδική διαδικασία, θα έπρεπε να έχουν εντοπιστεί και μαύρες τρύπες με χαμηλές ταχύτητες περιστροφής. Αντίθετα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η περιστροφή των μαύρων τρυπών αυξάνεται συνεχώς, και μάλιστα, ορισμένες ξεπερνάνε τις προβλέψεις ως προς την ταχύτητα, ενισχύοντας την υπόθεση ότι η συσσώρευση αερίων και σκόνης παίζει κρίσιμο ρόλο.

Χάρη στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb υπάρχει η δυνατότητα να παρατηρούνται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε ακόμη πιο πρώιμες φάσεις του σύμπαντος, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση της εξέλιξής τους.