Τρίτη, 28 Μαρτίου 2017

Βαρυτικά κύματα εκσφενδονίζουν μαύρη τρύπα από το κέντρο γαλαξία. Gravitational Wave Kicks Monster Black Hole Out of Galactic Core

This image, taken by NASA's Hubble Space Telescope, reveals an unusual sight: a runaway quasar fleeing from its galaxy's central hub. A quasar is the visible, energetic signature of a black hole. Black holes cannot be observed directly, but they are the energy source at the heart of quasars — intense, compact gushers of radiation that can outshine an entire galaxy. Credits: NASA, ESA, and M. Chiaberge (STScI and JHU)

Οι βαρυτικές διαταραχές που προκαλούνται από βίαια φαινόμενα, όπως η σύγκρουση δύο μελανών οπών, μπορεί να διαδίδονται στο χωροχρονικό συνεχές μεταφέροντας τόσο μεγάλα ποσά ενέργειας, ώστε να επιταχύνουν ακόμη και ένα ουράνιο μάζα με μάζα 1 δισ. φορές τη μάζα του Ήλιου.

Το σώμα αυτό είναι μία τερατώδης μαύρη τρύπα, το οποίο απομακρύνεται με ταχύτητα 7,6 εκατ. χλμ./ώρα από το κέντρο του γαλαξία 3C186 που τη «φιλοξενεί», σε απόσταση 8 δισ. ετών φωτός από τον πλανήτη μας. Σύμφωνα με τους Αμερικανούς και Ιταλούς ερευνητές που την εντόπισαν, και υπολόγισαν την ταχύτητά της, η πιο πιθανή αιτία πίσω για την επιτάχυνσή της είναι η «παράσυρσή» της από βαρυτικά κύματα.

Όπως προέβλεψε πρώτος πριν από 101 χρόνια ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας, κάθε υλικό σώμα με την κίνησή του προκαλεί «ρυτιδώσεις» στο χωροχρονικό συνεχές, που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, οι παραμορφώσεις αυτές είναι αρκετά ισχυρές, μόνο στην περίπτωση σωμάτων με τεράστια μάζα, που κινούνται με εξίσου τεράστιες επιταχύνσεις.

Μία τέτοια περίπτωση, υποστηρίζουν οι επιστήμονες, είναι η αιτία και για την επιτάχυνση της μαύρης τρύπας του γαλαξία 3C186. «Εκτιμούμε πως χρειάστηκε τόση ενέργεια όση εκλύεται από την έκρηξη 100 εκατομμυρίων σουπερνόβα, για να “εκσφενδονισθεί” η μαύρη τρύπα», λέει χαρακτηριστικά ο Στέφανο Μπιάνκι, μέλος της ομάδας από το πανεπιστήμιο Roma ΙΙΙ στην Ιταλία.

Η ομάδα χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, για να μελετήσει τον γαλαξία 3C186. Από τις εικόνες του Hubble, αποκάλυψε στον γαλαξία έναν κβάζαρ, δηλαδή έναν ενεργό «πυρήνα» που αποτελεί χαρακτηριστικά ένδειξη για την ύπαρξη μίας τεράστιας μαύρης τρύπας.

Αυτό δεν είναι ασυνήθιστο, καθώς σχεδόν όλοι οι γαλαξίες «φιλοξενούν» στο κέντρο τους μία μαύρη τρύπα. Η διαφορά ωστόσο με τον 3C186 είναι πως η μαύρη τρύπα του δεν βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία. Μάλιστα, φαίνεται πως έχει ήδη διανύσει απόσταση 35.000 ετών φωτός, ενώ κινείται τόσο γρήγορα που σε 20 εκατομμύρια χρόνια θα έχει «δραπετεύσει» από τον γαλαξία.

Τα δεδομένα από το Hubble, αποκάλυψαν επίσης χαρακτηριστικά τα οποία δημιουργούνται από τις βαρυτικές δυνάμεις που εμφανίζονται κατά τη σύγκρουση δύο γαλαξιών. Με βάση αυτή την παρατήρηση, και θεωρητικούς υπολογισμούς, η ομάδα εκτιμά πως ο 3C186 προήλθε από τη συγχώνευση δύο γαλαξιών, πριν από 1 με 2 δισ. έτη.

Μια αναπαράσταση του πως τα βαρυτικά κύματα μπορούν να ωθήσουν μια μαύρη τρύπα μακριά από το κέντρο ενός γαλαξία. Το σενάριο ξεκινά στην πρώτη εικόνα με την συγχώνευση δυο γαλαξιών – ο καθένας διαθέτει μια μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Στην δεύτερη εικόνα, οι δυο μαύρες τρύπες, στον νέο γαλαξία που προέκυψε από την συγχώνευση στροβιλίζονται η μια γύρω από την άλλη. Αυτή η διαδικασία παράγει βαρυτικά κύματα και καθώς συνεχίζουν να ακτινοβολούν προς τα έξω βαρυτική ενέργεια κινούνται όλο και πιο κοντά, όπως δείχνει η τρίτη εικόνα. Αν οι μαύρες τρύπες δεν έχουν την ίδια μάζα και την ίδια ταχύτητα περιφοράς, τότε εκπέμπονται ισχυρότερα βαρυτικά κύματα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι δυο μαύρες τρύπες τελικά συγχωνεύονται, όπως δείχνει η τέταρτη εικόνα, σχηματίζοντας μια γιγάντια μαύρη τρύπα. Η ενέργεια που εκπέμπεται από την συγχώνευση ωθεί την μαύρη τρύπα μακριά από το κέντρο, αντίθετα προς την κατεύθυνση που εκπέμπονται τα ισχυρότερα βαρυτικά κύματα. This illustration shows how gravitational waves can propel a black hole from the center of a galaxy. The scenario begins in the first panel with the merger of two galaxies, each with a central black hole. In the second panel, the two black holes in the newly merged galaxy settle into the center and begin whirling around each other. This energetic action produces gravitational waves. As the two hefty objects continue to radiate away gravitational energy, they move closer to each other over time, as seen in the third panel. If the black holes do not have the same mass and rotation rate, they emit gravitational waves more strongly in one direction, as shown by the bright area at upper left. The black holes finally merge in the fourth panel, forming one giant black hole. The energy emitted by the merger propels the black hole away from the center in the opposite direction of the strongest gravitational waves. Credits: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Επομένως, σύμφωνα με τους ερευνητές, καθώς οι μαύρες τρύπες των δύο γαλαξιών άρχισαν να στροβιλίζονται η μία γύρω από την άλλη, προκάλεσαν την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων, μέχρι να συγκρουστούν. Ωστόσο, λόγω της διαφοράς μάζας που είχαν, τα κύματα ήταν πιο ισχυρά προς μία διεύθυνση.

Έτσι, όταν σχηματίσθηκε μία νέα μαύρη τρύπα από τη συγχώνευσή τους, άρχισε να επιταχύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη διάδοση των ισχυρότερων βαρυτικών κυμάτων.

The Hubble Space Telescope captured an image of a quasar named 3C 186 that is offset from the center of its galaxy. Astronomers hypothesize that this supermassive black hole was jettisoned from the center of its galaxy by the recoil from gravitational waves produced by the merging of two supermassive black holes. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Αν η θεωρία των επιστημόνων επιβεβαιωθεί, τότε οι παρατηρήσεις τους αποτελούν ισχυρές ενδείξεις για τη συγχώνευση τεράστιων μελανών οπών. Η ομάδα ελπίζει να επιστρατεύσει ξανά το Hubble, μαζί με άλλα όργανα όπως το τηλεσκόπιο ALMA, για να μελετήσει ακόμη καλύτερα αυτό το παράξενο αντικείμενο.