Οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά ότι το ύφασμα του χωροχρόνου υφίσταται μια «τελική συντριβή» στην άκρη μιας μαύρης τρύπας.
Η παρατήρηση αυτής της κατακόρυφης περιοχής γύρω από τις μαύρες τρύπες έγινε από αστροφυσικούς της Φυσικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και επιβεβαιώνει μια βασική πρόβλεψη της θεωρίας της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915: τη γενική σχετικότητα.
Η ομάδα της Οξφόρδης έκανε την ανακάλυψη ενώ επικεντρώθηκε σε περιοχές γύρω από μαύρες τρύπες αστρικής μάζας σε δυαδικά αστρικά συστήματα των οποίων τα συντροφικά αστέρια είναι σχετικά κοντά στη Γη. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα ακτίνων Χ που συλλέχθηκαν από διάφορα διαστημικά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) της NASA και του Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) που είναι τοποθετημένος στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.
Αυτά τα δεδομένα τους επέτρεψαν να καθορίσουν την τύχη του θερμού ιονισμένου αερίου και του πλάσματος που χωρίστηκε από ένα συνοδό αστέρι και έκανε μια τελική συντριβή στην ίδια την άκρη της σχετικής μαύρης τρύπας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αυτές οι λεγόμενες περιοχές πρόσκρουσης γύρω από μια μαύρη τρύπα είναι οι τοποθεσίες μερικών από τα ισχυρότερα σημεία βαρυτικής επιρροής που έχουν παρατηρηθεί ποτέ στον Γαλαξία μας.
Σχετίζεται με: Ένα κοσμικό «βαρυτικό σφάλμα» θέτει υπό αμφισβήτηση τη μεγαλύτερη θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν;
«Αυτή είναι η πρώτη ματιά στο πώς το πλάσμα που χύνεται από την εξωτερική άκρη ενός αστεριού υφίσταται την τελική πτώση του στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, μια διαδικασία που συμβαίνει σε ένα σύστημα περίπου 10.000 έτη φωτός μακριά», δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας και φυσικός Οξφόρδη. Ο πανεπιστημιακός επιστήμονας Andrew Mummery είπε σε μια δήλωση. «Η θεωρία του Αϊνστάιν προέβλεψε ότι αυτή η τελική συντριβή θα συμβεί, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέραμε να αποδείξουμε ότι θα συμβεί».
«Σκεφτείτε το σαν ένα ποτάμι που μετατρέπεται σε καταρράκτη – μέχρι στιγμής κοιτούσαμε το ποτάμι. Αυτή είναι η πρώτη μας θέα στον καταρράκτη.»
Από πού προέρχεται η συντριβή της μαύρης τρύπας;
Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει ότι τα αντικείμενα με μάζα προκαλούν τη στρέβλωση του ιστού του χώρου και του χρόνου, ενοποιημένοι ως μια ενιαία τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Η προκύπτουσα καμπυλότητα δημιουργεί βαρύτητα.
Αν και η γενική σχετικότητα λειτουργεί σε 4D, μπορεί να απεικονιστεί χονδρικά χρησιμοποιώντας μια αναλογία 2D. Φανταστείτε να τοποθετείτε μπάλες αυξανόμενης μάζας σε μια τεντωμένη κουβέρτα από καουτσούκ. Μια μπάλα του γκολφ θα άφηνε ένα μικροσκοπικό, σχεδόν ανεπαίσθητο βαθούλωμα, μια μπάλα του κρίκετ θα άφηνε ένα μεγαλύτερο βαθούλωμα και μια μπάλα μπόουλινγκ θα άφηνε ένα τεράστιο βαθούλωμα. Αυτό είναι ανάλογο με τα φεγγάρια, τους πλανήτες και τα αστέρια που «προσκρούουν» στον 4D χωροχρόνο. Καθώς αυξάνεται η μάζα ενός αντικειμένου, αυξάνεται η καμπυλότητα που προκαλεί και το ίδιο αυξάνεται και η βαρυτική του επίδραση. Μια μαύρη τρύπα θα ήταν σαν μια οβίδα σε αυτήν την αναλογική λαστιχένια κουβέρτα.
Με μάζες ισοδύναμες με δεκάδες ή ακόμα και εκατοντάδες ήλιους συμπιεσμένες σε πλάτος γύρω από τη Γη, η καμπυλότητα του χωροχρόνου και η βαρυτική επίδραση των μαύρων τρυπών αστρικής μάζας μπορεί να γίνουν αρκετά ακραίες. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, από την άλλη πλευρά, είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία. Αυτοί είναι τεράστιος ογκώδης, με μάζες ισοδύναμες με εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια ήλιους, που νανίζουν ακόμη και τους αντίστοιχους αστρικής μάζας.
Επιστρέφοντας στη γενική σχετικότητα, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι αυτή η καμπυλότητα του χωροχρόνου οδηγεί σε άλλες ενδιαφέρουσες φυσικές πτυχές. Για παράδειγμα, είπε ότι πρέπει να υπάρχει ένα σημείο ακριβώς έξω από τα όρια της μαύρης τρύπας όπου τα σωματίδια δεν θα μπορούσαν να ακολουθήσουν μια κυκλική ή σταθερή τροχιά. Αντίθετα, η ύλη που εισέρχεται σε αυτή την περιοχή θα ορμούσε προς τη μαύρη τρύπα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.
Η κατανόηση της φυσικής της ύλης σε αυτή την υποθετική περιοχή συντριβής της μαύρης τρύπας ήταν στόχος των αστροφυσικών εδώ και αρκετό καιρό. Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα της Οξφόρδης μελέτησε τι συμβαίνει όταν υπάρχουν μαύρες τρύπες σε ένα δυαδικό αστρικό σύστημα με ένα «κανονικό» αστέρι.
Εάν τα δύο είναι αρκετά κοντά, ή εάν αυτό το αστέρι είναι ελαφρώς διογκωμένο, η βαρυτική επίδραση της μαύρης τρύπας μπορεί να τραβήξει το αστρικό υλικό μακριά. Επειδή αυτό το πλάσμα έχει γωνιακή ορμή, δεν μπορεί να πέσει απευθείας πάνω στη μαύρη τρύπα, αλλά αντίθετα σχηματίζει ένα πεπλατυσμένο, περιστρεφόμενο σύννεφο γύρω από τη μαύρη τρύπα που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης.
Από αυτόν τον δίσκο προσαύξησης, η ύλη τροφοδοτείται σταδιακά στη μαύρη τρύπα. Σύμφωνα με τα μοντέλα τροφοδοσίας μαύρης τρύπας, θα πρέπει να υπάρχει ένα σημείο που ονομάζεται η πιο εσωτερική σταθερή κυκλική τροχιά (ISCO) – το τελευταίο σημείο στο οποίο η ύλη μπορεί να περιστρέφεται σταθερά σε έναν δίσκο προσαύξησης. Οποιοδήποτε θέμα πέρα από αυτό βρίσκεται στην «περιοχή της συντριβής» και ξεκινά την αναπόφευκτη κάθοδό του στο μαύρα της μαύρης τρύπας. Η συζήτηση για το αν θα μπορούσε ποτέ να ανακαλυφθεί αυτή η περιοχή συντριβής διευθετήθηκε όταν η ομάδα της Οξφόρδης ανακάλυψε εκπομπές λίγο πέρα από το ISCO των δίσκων προσαύξησης γύρω από ένα δυαδικό σύστημα μαύρης τρύπας στον Γαλαξία που ονομάζεται MAXI J1820+070.
Το συστατικό της μαύρης τρύπας του MAXI J1820+070 βρίσκεται περίπου 10.000 έτη φωτός από τη Γη και έχει μάζα περίπου οκτώ ήλιους. Τραβάει υλικό από τον αστρικό του σύντροφο, εκτοξεύοντας δίδυμους πίδακες με ταχύτητα περίπου 80% της ταχύτητας του φωτός. παράγει επίσης ισχυρές εκπομπές ακτίνων Χ.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι το φάσμα ακτίνων Χ του MAXI J1820+070 είναι μια έκρηξη “μαλακής κατάστασης”, που αντιπροσωπεύει εκπομπές από έναν δίσκο προσαύξησης που περιβάλλει μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα ή “Kerr” – έναν πλήρη δίσκο προσαύξησης, συμπεριλαμβανομένης της βυθισμένης περιοχής.
Οι ερευνητές λένε ότι αυτό το σενάριο αντιπροσωπεύει την πρώτη αξιόπιστη ανίχνευση εκπομπών από μια περιοχή βύθισης στο εσωτερικό άκρο ενός δίσκου συσσώρευσης μαύρης τρύπας. αναφέρονται σε τέτοια σήματα ως «εκπομπές εντός του ISCO». Αυτές οι εκπομπές εντός του ISCO επιβεβαιώνουν την ακρίβεια της γενικής σχετικότητας στην περιγραφή των περιοχών που περιβάλλουν αμέσως τις μαύρες τρύπες.
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Τα “αστέρια της Grava” που μοιάζουν με μαύρη τρύπα θα μπορούσαν να στοιβάζονται σαν ρωσικές κούκλες τσαγιού
— Η δεύτερη εικόνα της πρώτης μαύρης τρύπας που απεικονίστηκε ποτέ επιβεβαιώνει τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν (φωτογραφία)
— Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του γειτονικού μας γαλαξία θα ήταν πιθανώς ένας ευγενικός καλεσμένος για δείπνο
Για να προχωρήσει περαιτέρω αυτή η έρευνα, μια ξεχωριστή ομάδα από το Τμήμα Φυσικής της Οξφόρδης εργάζεται με μια ευρωπαϊκή πρωτοβουλία για την κατασκευή του Αφρικανικού Χιλιοστοσκοπίου Τηλεσκόπιου. Αυτό το τηλεσκόπιο έχει σχεδιαστεί για να βελτιώσει την ικανότητα των επιστημόνων να συλλαμβάνουν άμεσες εικόνες μαύρων οπών και να καθιστά δυνατή τη μελέτη των περιοχών πρόσκρουσης πιο απομακρυσμένων μαύρων τρυπών.
«Το πραγματικά συναρπαστικό είναι ότι υπάρχουν πολλές μαύρες τρύπες στον γαλαξία και τώρα έχουμε μια ισχυρή νέα τεχνική για να τις χρησιμοποιήσουμε για να μελετήσουμε τα ισχυρότερα γνωστά βαρυτικά πεδία», κατέληξε ο Mummery.
Τα αποτελέσματα της έρευνας της ομάδας δημοσιεύονται στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.