Οι μαύρες τρύπες είναι τερατώδεις και μονολιθικές περιοχές του χώρου και του χρόνου που έχουν αιχμαλωτίσει τη φαντασία της ανθρωπότητας. Μερικά σχηματίζονται από το θάνατο και την κατάρρευση ενός τεράστιου αστεριού – αλλά κανένα αστέρι δεν μπορεί να δημιουργήσει τις πιο μεγάλες μαύρες τρύπες. Αυτές είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στην καρδιά των γαλαξιών με μάζες ισοδύναμες με εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια ήλιους.
Γιγαντιαίες μαύρες τρύπες όπως αυτές πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν όταν δύο μικρότερες μαύρες τρύπες κάποτε συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν. Και τώρα οι επιστήμονες αναρωτιούνται αν μπορούμε να καταλάβουμε το γενεαλογικό δέντρο μιας μαύρης τρύπας δουλεύοντας ανάποδα μέσα στις γενιές.
Σχετίζεται με: Πώς μερικές μαύρες τρύπες γίνονται τόσο μεγάλες; Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μπορεί να έχει μια απάντηση
Εάν υπάρχει ένα κοσμολογικό αντικείμενο ή γεγονός που λέγεται ότι είναι μυστηριώδες, αυτό είναι η μαύρη τρύπα. Αυτή η περιοχή του διαστήματος σηματοδοτείται από ένα όριο που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, το φράγμα ανάμεσα στο σύμπαν μας και σε οτιδήποτε βρίσκεται στο ίδιο το κενό. Επομένως, είναι αδύνατο να λάβετε ένα σήμα, άρα και πληροφορίες, έξω από αυτό το εμπόδιο.
Επιπλέον, οι μαύρες τρύπες έχουν πολύ λίγα διακριτικά χαρακτηριστικά, τα οποία περιέγραψε κάποτε ο θεωρητικός φυσικός John Wheeler λέγοντας: «Οι μαύρες τρύπες δεν έχουν τρίχες, αυτό σημαίνει ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι «άτριχες», σε αντίθεση με το να κοιτάμε το χρώμα των μαλλιών τους η χροιά ενός παιδιού και οι πρόχειρες υποθέσεις σχετικά με το χρώμα των μαλλιών και την τελειότητα των γονιών δεν φαίνεται να δίνουν στοιχεία για την καταγωγή τους – ή μήπως;
Δεν σχηματίζονται όλες οι μαύρες τρύπες με τον ίδιο τρόπο
Ο Imre Bartos είναι ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα που θεωρεί ότι οι περιορισμένες ιδιότητες των υπερμεγέθων μαύρων οπών -μάζα, σπιν και ηλεκτρικό φορτίο- μπορεί στην πραγματικότητα να κρύβουν λεπτομέρειες της αρχικής γραμμής συναρμολόγησης της μαύρης τρύπας όπου σχηματίστηκαν.
Η τυπική εικόνα της γέννησης της μαύρης τρύπας, η οποία περιλαμβάνει το θάνατο και την κατάρρευση τεράστιων αστεριών, δεν μπορεί να εξηγήσει τον σχηματισμό των γιγάντιων μαύρων τρυπών που βλέπουμε σήμερα, λέει. Αυτές περιλαμβάνουν τόσο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όσο και σχετικά μικρότερες μαύρες τρύπες μέσης μάζας με μάζες περίπου 100 έως 100.000 φορές τη μάζα του Ήλιου.
«Τα αστέρια έχουν κάποιο όριο στο πόσο μεγάλα μπορούν να μεγαλώσουν χωρίς ουσιαστικά να καταρρεύσουν μόνα τους. Όταν ένα αστέρι γίνεται πολύ, πολύ μεγάλο, εκρήγνυται πριν προλάβει να σχηματίσει αυτόν τον πυκνό πυρήνα που μπορεί να σχηματίσει τον σπόρο για τη μαύρη τρύπα», είπε ο Μπάρτος στο Space.com. «Αναμένουμε ένα φυσικό όριο για το πόσο μαζικές μπορεί να είναι οι μαύρες τρύπες όταν σχηματίζονται από τον θάνατο των άστρων. Αυτή η μάζα είναι περίπου 50 φορές η μάζα του Ήλιου μας. Άρα είναι μια αρκετά μεγάλη μάζα, αλλά πουθενά τόσο μεγάλη όσο μια μάζα.
Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει κάποια άλλη διαδικασία που δημιουργεί τις πιο τερατώδεις μαύρες τρύπες και οι παρατηρήσεις μικροσκοπικών κυματισμών στον χωροχρόνο που ονομάζονται βαρυτικά κύματα υποδηλώνουν ότι μια τέτοια διαδικασία περιλαμβάνει επακόλουθες συγκρούσεις και συγχωνεύσεις ολοένα μεγαλύτερες γενιές μαύρων τρυπών.
«Πώς μπορούμε να κάνουμε το έργο του ντετέκτιβ για να γυρίσουμε τον χρόνο πίσω και να δούμε τι πραγματικά συνέβη γύρω από τη συγχώνευση μαύρων τρυπών; Μπορούμε να πούμε κάτι για τους προγόνους των μαύρων τρυπών;» αναρωτήθηκε ο Μπάρτος.
Ο Μπάρτος πιστεύει ότι η κατανόηση του τι προκαλεί τη συστολή και τη συγχώνευση των μαύρων τρυπών είναι το κλειδί για την κατανόηση της εξέλιξης του σύμπαντος – και θα μπορούσε ακόμη και να βοηθήσει να φτάσουμε στο βάθος των νόμων της θεμελιώδης φυσικής.
«Θέλουμε να μάθουμε και μέχρι στιγμής δεν έχουμε κατανοήσει πλήρως τι στο σύμπαν κάνει πραγματικά τις μαύρες τρύπες να ενώνονται και να συγχωνεύονται», είπε ο Μπάρτος. «Αυτή δεν μπορεί να είναι μια καθαρά τυχαία διαδικασία. Πρέπει να υπάρχει ένας μηχανισμός που να ενώνει τις μαύρες τρύπες και να τις προκαλεί τη συγχώνευσή τους. Και αυτό προσπαθούμε να καταλάβουμε με βάση τα περιορισμένα ακίνητα που έχουμε στη διάθεσή μας».
Πρόσθεσε ότι εξετάζοντας τη μάζα μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας και τα βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση που τη δημιούργησε, οι ερευνητές θα μπορούσαν να υπολογίσουν τις μάζες των μαύρων οπών που πρέπει να είχαν συγκεντρωθεί για να τη δημιουργήσουν εξαρχής. Επιπλέον, ο Bartos και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι η παρατήρηση του πόσο γρήγορα περιστρέφεται η μαύρη τρύπα μπορεί επίσης να δώσει μια εικόνα για το πόσο γρήγορα περιστράφηκαν οι μητρικές μαύρες τρύπες που τη δημιούργησαν.
Εξετάζοντας τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα από την περιοχή όπου έγιναν αυτές οι συγχωνεύσεις θα μπορούσε επίσης να αποκαλύψει πώς αλληλεπιδρούσαν με το περιβάλλον τους, είπε ο Μπάρτος. Για παράδειγμα, οι μαύρες τρύπες τρέφονταν με αέριο και σκόνη από το περιβάλλον τους για να τροφοδοτήσουν τη δική τους ανάπτυξη;
Οι μαύρες τρύπες έχουν και παππούδες
Ο Μπάρτος πρόσθεσε ότι μαύρες τρύπες με μάζα μεγαλύτερη από 50 φορές τη μάζα του Ήλιου μπορεί να βρεθούν σε περιοχές με πολλές άλλες μαύρες τρύπες. Αυτό σημαίνει ότι, όπως ακριβώς έχουμε γονείς, παππούδες και προπαππούδες, οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών είναι απίθανο να είναι μεμονωμένα γεγονότα και οι πιο ογκώδεις μαύρες τρύπες προκύπτουν από επαναλαμβανόμενες γενιές συγχωνεύσεων.
Όχι μόνο αυτή η κατάσταση των γενεών θα είχε ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση μάζας, αλλά οι επόμενες θυγατρικές μαύρες τρύπες θα λάμβαναν επίσης γωνιακή ορμή από τους προγόνους τους. Ο Μπάρτος είπε ότι αυτό σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες θα πρέπει να περιστρέφονται όλο και πιο γρήγορα καθώς μεγαλώνουν.
«Αν δούμε υψηλότερη περιστροφή, αυτό μπορεί να είναι ένδειξη ότι μπορεί να υπήρξαν προηγούμενες συγχωνεύσεις», είπε ο Μπάρτος. «Αποδεικνύεται ότι σε μερικές από τις βαρύτερες μαύρες τρύπες που έχουμε δει μέχρι στιγμής, βλέπουμε ενδείξεις για την υψηλή περιστροφή που θα περιμέναμε από αυτές τις διαδοχικές συγχωνεύσεις».
Ενώ ο Μπάρτος βρίσκει την ιδέα ότι οι μαύρες τρύπες έχουν «παππούδες» συναρπαστική και πιστεύει ότι μπορούμε να αποκαλύψουμε κάποιες λεπτομέρειες για τους γονείς της μαύρης τρύπας μέσω παρατηρήσεων βαρυτικών κυμάτων, η ιστορία των παππούδων και γιαγιάδων της μαύρης τρύπας μπορεί να ξεχαστεί.
«Δεν υπάρχει τρόπος να ανιχνευθούν εύκολα οι προηγούμενες συγχωνεύσεις απευθείας από παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων. Θα έπρεπε να λειτουργούμε ανιχνευτές για εκατομμύρια χρόνια, κάτι που είναι απίθανο», είπε.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που έχουν απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να είναι οι κύριοι ύποπτοι για τη σκοτεινή ύλη
— Τι είναι ο ορίζοντας γεγονότων της μαύρης τρύπας (και τι συμβαίνει εκεί);
– Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν μια μαύρη τρύπα που οδηγεί μια μοριακή πηγή αερίου στο αρχαίο σύμπαν
Η αλυσίδα των συγχωνεύσεων που θα δημιουργήσει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα πιστεύεται ότι θα διαρκέσει τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο χρόνια, αλλά αυτοί οι κοσμικοί τιτάνες έχουν παρατηρηθεί στο σύμπαν ήδη από μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτές οι παρατηρήσεις προέρχονται από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST). Αυτό αφήνει μια πρόκληση. Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη εξηγήσει πλήρως πώς αυτοί οι κοσμικοί τιτάνες μεγάλωσαν τόσο γρήγορα. Ωστόσο, οι ενδείξεις μπορεί να βρίσκονται στον μηχανισμό των ίδιων των προγόνων.
«Παρατηρώντας τις διαδικασίες που συγχωνεύουν αυτές τις μαύρες τρύπες, μπορούμε να δούμε πού βρίσκονται τα σημεία εκκίνησης για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα γαλαξιακά κέντρα», είπε ο Μπάρτος. «Μπορούμε να δούμε πόσο γρήγορη είναι η διαδικασία, πόσο διαδεδομένη είναι και αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πόσο μεγάλο ρόλο μπορεί να παίξει στον σχηματισμό των βαρύτερων μαύρων τρυπών».
Ο Μπάρτος υποθέτει ότι καθώς οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων γίνονται πιο ευαίσθητοι, η ανθρωπότητα θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει αυτά τα κύματα στο χώρο και στο χρόνο από πιο μακρινές και ως εκ τούτου πρώιμες συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να μαθαίνουμε όλο και περισσότερα για το πώς έχει εξελιχθεί η ανάπτυξη της μαύρης τρύπας κατά τη διάρκεια της 13,8 δισεκατομμυρίων ετών ιστορίας του σύμπαντος.
«Πραγματικά ανυπομονώ να δω πράγματα για πρώτη φορά και να ανακαλύψω πράγματα που ξεπερνούν τα όρια της γνώσης μας», κατέληξε ο Μπάρτος. «Όταν κοιτάμε τα άκρα, τα πράγματα φαίνονται πολύ διαφορετικά από ό,τι έχουμε συνηθίσει. Και οι μαύρες τρύπες είναι ακραίες από πολλές απόψεις».