Οι μικρές μαύρες τρύπες έχουν απογοητευτικά μεγάλη όρεξη. Fast, furious, refined: Smaller black holes can eat plenty

Η μαύρη τρύπα M101 ULX-1 εκπέμπει πολύ ισχυρή ακτινοβολία, δεν έχει όμως αντίστοιχα μεγάλη μάζα.  An artist’s concept of M101 ULX-1, a star system with an unexpectedly small black hole. Image credit: Jingchuan Yu

Οι κοσμολόγοι πιστεύουν σήμερα ότι οι τερατώδεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στα κέντρα όλων των γαλαξιών προέρχονται από μικρούλες μαύρες τρύπες που σταδιακά μεγάλωσαν. Άρα, στο Σύμπαν πρέπει να υπάρχουν και μικρομεσαίες μαύρες τρύπες που βρίσκονται σε ενδιάμεσα στάδια ανάπτυξης. Κι όμως, μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature περιπλέκει την εικόνα.

Μικρή αλλά με μεγάλο... στομάχι

Artist’s visualization of the environment around M101 ULX-1, showing a stellar-mass black hole (foreground) with accretion disk. Gas from the Wolf-Rayet star (background) feeds the black hole’s voracious appetite. Credit: Gemini Observatory/AURA artwork by Lynette Cook.

Διεθνής ομάδα αστρονόμων αναφέρει ότι μια μαύρη τρύπα σε απόσταση 21 εκατομμυρίων ετών φωτός, με την ονομασία M101 ULX-1, έχει πολύ μικρότερη μάζα από την «μεσαία» μαύρη τρύπα που περίμεναν να βρουν οι επιστήμονες.

Το αρχικό συμπέρασμα ήταν λανθασμένο επειδή η μαύρη τρύπα καταβροχθίζει εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες αερίου, και οι αρχικές εκτιμήσεις την ήθελαν να έχει αντίστοιχα μεγάλη μάζα. Η μαύρη τρύπα M101 ULX-1 εκτιμάται τώρα ότι έχει μάζα μόνο 20 με 30 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου, ένδειξη ότι σχηματίστηκε σχετικά πρόσφατα από την κατάρρευση ενός γερασμένου, μεγάλου άστρου. Επιπλέον, η συμπεριφορά της μαύρης τρύπας καθώς καταβροχθίζει τεράστιες ποσότητες υλικού δεν συμμορφώνεται για τις προβλέψεις.

Τα μοντέλα

ULX-1 is located near a spiral arm of M101. The image for M101 is composed from X-ray (Chandra X-ray Observatory; Purple), Infrared (Spitzer Satellite; Red), Optical (Hubble Space Telescope; Yellow) and Ultraviolet (GALEX satellite; Blue). Credit: Chandra X-ray Observatory, Spitzer Satellite, Hubble Space Telescope, and GALEX Satellite.

Αυτό σημαίνει ότι οι αστρονόμοι θα πρέπει να αναθεωρήσουν τα μοντέλα τους και να συνεχίσουν να αναζητούν «μικρομεσαίες» μαύρες τρύπες, με μάζα 100 έως 1.000 φορές τη μάζα του Ήλιου. Η ανακάλυψη τέτοιων σωμάτων θα προσέφερε στήριξη στην κρατούσα θεωρία για τη γέννηση των μελανών οπών που κρύβονται στα κέντρα όλων των γαλαξιών.

Τα τέρατα αυτά έχουν μάζα έως και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου, πιστεύεται όμως ότι προήλθαν από μαύρες τρύπες μικρής μάζας που μεγάλωσαν σταδιακά απορροφώντας υλικά από το περιβάλλον τους. Η μαύρη τρύπα M101 ULX-1 ήταν ένας από τους καλύτερους υποψήφιους για τον εντοπισμό μιας μαύρης τρύπας σε ενδιάμεσο στάδιο εξέλιξης.

Οι ίδιες οι μαύρες τρύπες είναι εξ' ορισμού μαύρες, δηλαδή δεν εκπέμπουν φως. Ωστόσο το αέριο που περιβάλλει το M101 ULX-1 θερμαίνεται και εκπέμπει ισχυρή ακτινοβολία λόγω των δυνάμεως τριβής που δέχεται καθώς περιδινίζεται και ετοιμάζεται να χαθεί σε μαύρη τρύπα.

Το M101 ULX-1 εκπέμπει εξαιρετικά ισχυρή ακτινοβολία, ένδειξη ότι θα έπρεπε να έχει και μεγάλη μάζα. Η τελευταία μελέτη όμως εκτίμησε τη μάζα του αντικειμένου με βάση τις επιδράσεις της βαρύτητάς του σε ένα γειτονικό άστρο, και διαπιστώνει ότι η μάζα είναι είναι δεκάδες φορές μικρότερη από το αναμενόμενο.

Οι επιστήμονες παραδέχονται ότι δεν γνωρίζουν το γιατί. «Πολλοί ερευνητές πίστευαν ότι θα ήταν θέμα χρόνου να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας μέσου μεγέθους στο M101 ULX-1» σχολίασε ο Τζιφέγκ Λιού της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης. «Οι θεωρητικοί φυσικοί θα πρέπει τώρα να βρουν τρόπο να εξηγήσουν τι συμβαίνει» είπε.