Η πρώτη εικόνα από την μαύρη τρύπα SAGITTARIUS A* στο κέντρο του γαλαξία μας

Μεταδόθηκε Σήμερα Ταυτόχρονα από το Πλανητικό Δίκτυο Τηλεσκοπίων της Γης

Στον πυρήνα του γαλαξία μας βρίσκεται μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, με μάζα τεσσάρων εκατομμυρίων Ήλιων. Περιτριγυρισμένος από έναν λαμπερό δίσκο στροβιλιζόμενης ύλης, αυτός ο «απύθμενος λάκκος του χωροχρόνου» περιβάλλεται από αέρια – σκόνη και τα αστέρια του Γαλαξία μας.

Η εικόνα 1 δείχνει έναν λοξό δακτύλιο (Ντόνατ) από ακτινοβόλο υλικό που περιβάλει ένα σκοτεινό κύκλο –τη «σκιά»–   της μαύρης τρύπας που είναι γνωστή ως Τοξότης Α* (προφέρεται «Τοξότης Α-άστρο»). Ο δακτύλιος πλάσματος φθάνει μέχρι τον «ορίζοντα γεγονότων» της μαύρης τρύπας, δηλαδή το σημείο χωρίς επιστροφή, πέρα από το οποίο χάνονται για πάντα αστέρια, πλανήτες, σκόνη ακόμη και το φως που «καταβροχθίζει» η βαρύτητα. Το φως που είναι πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, αρκετά κοντά για να το καταπιεί, διασχίζει τελικά τον ορίζοντά της και αφήνει πίσω του ένα σκοτεινό κενό στο κέντρο.

Σήμερα το απόγευμα, Πέμπτη 12 Μαΐου 2022, όλα τα συνεργαζόμενα διαστημικά κέντρα και ερευνητικά ιδρύματα (NASA, ESA, SSC, CXC, STScI κλπ) είχαν ταυτόχρονη ζωντανή διαδικτυακή μετάδοση για την σχετική επιστημονική ανακοίνωση και για ενημέρωση της διεθνούς κοινής γνώμης μέσω του YouTube.

Το τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT) είναι ένα εικονικό τηλεσκόπιο, το οποίο – μέσω ηλεκτρονικών υπολογιστών –  «συνθέτει» τις εικόνες που λαμβάνουν πλήθος άλλα τηλεσκόπια σε όλη την επιφάνεια του πλανήτη. Αυτά τα τηλεσκόπια είναι «συγχρονισμένα» να σχηματίζουν διαδοχικά ένα «ισοδύναμο άνοιγμα τηλεσκοπίου» με διάμετρο όση και η διάμετρος της Γης, προσανατολισμένο διαρκώς στον εκάστοτε «στόχο», καθώς η Γη περιστρέφεται.  (βλ. σχετικό άρθρο μας: https://www.enimeromenospolitis.gr/epistimes-texnologia/genesi-tou-simpantos-proeleusi-tis-zois/ αρχική δημοσίευση 10 Μαΐου 2021).

Η αναλυτική ικανότητα του EHT είναι τόσο μεγάλη, που αν στόχευε από απόσταση όσο το Μόναχο της Γερμανίας από την Νέα Υόρκη των ΗΠΑ, θα μπορούσε να διακρίνει τις φυσαλίδες σε ένα ποτήρι μπύρας (δήλωση γερμανού επιστήμονα της ερευνητικής ομάδας). Μελλοντικά, η «ισοδύναμη διάμετρος» προβλέπεται να γίνει μεγαλύτερη από τη διάμετρο της Γης, συνδυάζοντας τα επίγεια με νεότερα τηλεσκόπια-δορυφόρους της Γης.

Η πρώτη φωτογράφηση μαύρης τρύπας έγινε το 2017 στον γιγάντιο Γαλαξία Μ87, έναν γαλαξία 50 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, κατά πολύ μεγαλύτερο του δικού μας, ο οποίος έχει προφανώς «συγχωνευθεί» με πολλούς μικρότερους γαλαξίες της «γειτονιάς» του. Η μαύρη τρύπα του Μ87 είναι πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τη «δική» μας, έχοντας «καταβροχθίσει» τις μαύρες τρύπες των άλλων γαλαξιών, φθάνοντας την ασύλληπτη μάζα εξήμισυ δισεκατομμυρίων Ήλιων, ήτοι 1500 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Τοξότη Α*. Η μαύρη τρύπα του Μ87 εκτοξεύει –κάθετα στο επίπεδο περιστροφής της– αμφίπλευρους πίδακες υπέρθερμου «πλάσματος» αερίων και σκόνης, μήκους εκατομμυρίων ετών φωτός!

Αυτή τη φορά «φωτογραφήθηκε» η μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας (Milky Way), στον αστερισμό του Τοξότη, με όνομα Τοξότης Α* (Sagittarius A* – προφέρεται “Sagittarius A-star”). Στον Sagittarius A* δεν κατέστη αρχικά δυνατό να καταγραφούν πίδακες πλάσματος, ίσως λόγω διαφοράς μεγέθους και επειδή δεν διανύει ενεργό φάση. Πάντως, το επίπεδο περιστροφής του Τοξότη Α* (SgrA*) είναι κάθετο στην κατεύθυνση παρατήρησης από τη Γη, αλλά –λόγω της απόστασης και του μεγέθους του – οι επιστήμονες δεν εκτιμούν ότι οι όποιοι πίδακες πλάσματος θα ήταν περισσότερο επικίνδυνοι για τον πλανήτη μας από όσο η υπάρχουσα ηλιακή ακτινοβολία.

Στην Εικόνα 2 συγκρίνεται το μέγεθος της Μ87* με του SgrA*: Αν θεωρήσουμε τον Ήλιο μας στο κέντρο των δύο μαύρων τρυπών, τότε η εξωτερική περίμετρος του δακτυλίου υπέρθερμου πλάσματος του SgrA*μόλις θα έφθανε στην τροχιά του Πλανήτη Ερμή, ενώ στον Μ87* η μαύρη τρύπα θα είχε καταβροχθίσει ολόκληρο το ηλιακό μας σύστημα, ενώ η εσωτερική περιφέρεια του δακτυλίου θα κάλυπτε και τον διαστρικό χώρο έως τoν Voyager1!

Η δημιουργία μιας εικόνας του Τοξότη Α* δεν ήταν τόσο απλή όσο αυτή του απόμακρου M87. Περίπου 26.000 έτη φωτός μακριά, ο SgrA* είναι το πιο ογκώδες «πράγμα» στον γαλαξία μας. Ο Τοξότης Α* κρύβεται σε μεγάλο βαθμό από τη σκόνη και το αέριο στο κέντρο του Γαλαξία και το τοπικό του περιβάλλον είναι απίστευτα μεταβλητό – στροβιλιζόμενο –  ταραχώδες, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον συνδυασμό των επί μέρους παρατηρήσεων σε μια ενιαία εικόνα. «Τα πράγματα γύρω από μικρότερες μαύρες τρύπες κινούνται πιο γρήγορα», λέει ο αστροφυσικός του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, Δημήτριος Ψάλτης. «Ανησυχούσαμε ότι το πλάσμα γύρω από τη μαύρη τρύπα δεν θα έμενε ακίνητο για τις οκτώ ώρες που χρειάζεται για να περιστραφεί η Γη και να μας επιτρέψει να κάνουμε μια σύνθετη εικόνα» (από διαδοχικές λήψεις διαφορετικών τηλεσκοπίων).

O Τοξότης Α*, αντί να καταβροχθίζει με μανία οτιδήποτε πλανάται πολύ κοντά, είναι αντ’ αυτού σε λήθαργο, αρκείται σε «μικρές μπουκιές» αστρικού ανέμου που απελευθερώνονται από κοντινά αστέρια, κλέβοντας αρκετά ψίχουλα για να σχηματίσουν ένα ορατό δακτύλιο.

Ακόμα κι έτσι, πολλά ιστορικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι ο Τοξότης Α* ήταν πολύ πιο δραστήριος στο παρελθόν. «Γνωρίζουμε ότι οι μαύρες τρύπες περνούν από κύκλους δραστηριότητας. Το βλέπουμε ρητά όταν κοιτάζουμε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε σμήνη γαλαξιών», λένε οι ερευνητές. «Μπορούμε να δούμε τις φυσαλίδες (Fermi bubbles) που εκτοξεύουν αμφίπλευρα κατά τη διάρκεια των ενεργών κύκλων. Αυτό φαίνεται ότι συμβαίνει κάθε εκατό εκατομμύρια χρόνια περίπου. Υπάρχει λοιπόν ένας διακόπτης on-off.”

Στην εικόνα 3 σημειώνονται τηλεσκόπια που συμμετείχαν στο εικονικό Event Horizon Telescope (EHT), τόσο στο πρόγραμμα φωτογράφησης της μαύρης τρύπας Μ87*, όσο και της SgrA*.

Οι επιστήμονες ελπίζουν τώρα ότι το να μάθουν περισσότερα για το Μ87* και τον SgrA* —τις ομοιότητες και τις διαφορές τους—θα τους βοηθήσει να κατανοήσουν καλύτερα έναν ευρύτερο πληθυσμό μαύρων τρυπών. Εάν οι θεωρίες ισχύουν για αντικείμενα τόσο διαφορετικών μεγεθών, τότε οι επιστήμονες μπορούν να είναι πιο σίγουροι ότι αυτές οι θεωρίες εξηγούν με ακρίβεια και τα αντικείμενα που δεν μπορούν να φανούν τόσο καθαρά.

«Αν πάρετε οποιαδήποτε δύο πράγματα στο σύμπαν, που έχουν λόγο μάζας 1.500, δεν φαίνονται καθόλου το ίδιο—πάρτε έναν γιγάντιο πλανήτη και έναν μικρό αστεροειδή, πάρτε έναν μεγάλο γαλαξία και έναν μικρό γαλαξία, ένα μυρμήγκι και έναν ελέφαντα, ένα μικρό βράχο και ένα βουνό», λέει ο Δημήτριος Ψάλτης.

Οι δύο μαύρες τρύπες επιτρέπουν επίσης στους φυσικούς να δοκιμάσουν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν του 1916. Οι μαύρες τρύπες είναι μια από τις προβλέψεις της θεωρίας – και ένα αποτέλεσμα για το οποίο ο ίδιος ο Αϊνστάιν ήταν δύσπιστος. Αλλά εκτός από ορισμένα μυστήρια στο «κβαντικό βασίλειο», η γενική σχετικότητα φαίνεται να αντέχει στο χρόνο και στην αμφισβήτηση μέχρι στιγμής, ακόμη και σε ακραία αστροφυσικά περιβάλλοντα όπου οι επιστήμονες περίμεναν ότι θα μπορούσε να καταρρεύσει.

«Όλες οι θεωρίες στον κόσμο έχουν μια κλίμακα, και όταν αλλάζεις από τη μια κλίμακα στην άλλη, φαίνονται διαφορετικές. Εκτός από τη γενική σχετικότητα. Είναι η μοναδική θεωρία που δεν έχει κλίμακα. Μπορείς να δεις τα πιο μικροσκοπικά και τα μεγαλύτερα, και συμπεριφέρονται ακριβώς με τον ίδιο τρόπο».

Επιλογή Αποσπασμάτων και Εικόνων:

Κωνσταντίνος Α. Μαρκάκης, Ηλεκγος – Μηχ/γος Μηχανικός, ΕΜΠ Αθήνα TU Hannover

Πηγές:

• Διαδικτυακή ενημέρωση ESA: https://eso.org./public/science/EHT-MilkyWay/
• https://www.abc.net.au/news/science/2022-05-12/black-hole-milky-way-sagittarius-a-event-horizon-telescope/101050908
• https://www.nationalgeographic.com/magazine/article/behold-the-first-picture-of-the-black-hole-at-the-center-of-our-galaxy