Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy περιγράφει το πιο φωτεινό αντικείμενο που έχει παρατηρηθεί ποτέ από αστρονόμους. Είναι μια μαύρη τρύπα με μάζα 17 δισεκατομμυρίων Ήλιων που καταπίνει περισσότερη μάζα από τον Ήλιο κάθε μέρα.
Είναι γνωστό εδώ και αρκετές δεκαετίες, αλλά επειδή είναι τόσο φωτεινό, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι πρέπει να είναι ένα κοντινό αστέρι. Μόνο πρόσφατες παρατηρήσεις αποκάλυψαν την ακραία απόσταση και τη φωτεινότητά του.
Το αντικείμενο ονομάστηκε J0529-4351. Αυτό το όνομα αναφέρεται απλώς στις συντεταγμένες του στην ουράνια σφαίρα – ένας τρόπος προβολής των αντικειμένων στον ουρανό στο εσωτερικό μιας σφαίρας. Είναι ένας τύπος αντικειμένου που ονομάζεται κβάζαρ.
Η φυσική φύση των κβάζαρ ήταν αρχικά άγνωστη. Αλλά το 1963, το ορατό φως από ένα κβάζαρ που ονομάζεται 3C 273 χωρίστηκε σε όλα τα μήκη κύματός του (που ονομάζεται φάσμα). Αυτό έδειξε ότι ήταν σχεδόν 2 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Λαμβάνοντας υπόψη πόσο φωτεινό μας φαίνεται και πόσο μακριά είναι το 3C 273, πρέπει να είναι εξαιρετικά φωτεινό – ένας όρος στην αστρονομία που αναφέρεται στην ποσότητα φωτός που εκπέμπει ένα αντικείμενο σε μια μονάδα χρόνου. Η μόνη γνωστή πηγή ενέργειας για τέτοια ακραία φωτεινότητα ήταν το υλικό που έπεφτε σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Ως εκ τούτου, τα κβάζαρ είναι οι πιο ενεργά αναπτυσσόμενες μαύρες τρύπες στο σύμπαν.
ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συχνά βρίσκονται στο κέντρο των γαλαξιών. Όπως όλα τα κβάζαρ, το J0529-4351 τροφοδοτείται από ύλη, κυρίως υπερθερμασμένο υδρογόνο και αέριο ήλιο, που πέφτει στη μαύρη τρύπα του από τον περιβάλλοντα γαλαξία.
Περίπου μία φορά η μάζα του ήλιου πέφτει σε αυτή τη μαύρη τρύπα κάθε μέρα. Το πώς ακριβώς μπορεί να διοχετευθεί τόσο πολύ αέριο στο κέντρο των γαλαξιών για να αυξηθεί η μάζα των μαύρων τρυπών είναι ένα αναπάντητο ερώτημα στην αστροφυσική.
Στο κέντρο του γαλαξία, το αέριο σχηματίζει ένα λεπτό σχήμα δίσκου. Οι ιδιότητες του ιξώδους (αντίσταση στη ροή της ύλης στο διάστημα) και της τριβής στον λεπτό δίσκο βοηθούν στη θέρμανση του αερίου σε δεκάδες χιλιάδες βαθμούς Κελσίου. Αυτό είναι αρκετά ζεστό για να λάμπει όταν το βλέπουμε στα μήκη κύματος του υπεριώδους και του ορατού φωτός. Είναι αυτή η λάμψη που μπορούμε να παρατηρήσουμε από τη Γη.
Με μάζα περίπου 17 δισεκατομμυρίων Ήλιων, το J0529-4351 δεν είναι η πιο μαζική μαύρη τρύπα που είναι γνωστή. Ένα αντικείμενο στο κέντρο του σμήνος γαλαξιών Abell 1201 ισοδυναμεί με 30 δισεκατομμύρια ήλιους. Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι λόγω του χρόνου που χρειάζεται για το φως να διανύσει τη μεγάλη απόσταση μεταξύ αυτού του αντικειμένου και της Γης, γινόμαστε μάρτυρες αυτού όταν το σύμπαν ήταν μόλις 1,5 δισεκατομμυρίων ετών. Τώρα είναι περίπου 13,7 δισεκατομμυρίων ετών.
Επομένως, αυτή η μαύρη τρύπα πρέπει να αναπτυσσόταν ή να μεγάλωνε με αυτόν τον ρυθμό για ένα σημαντικό κλάσμα της ηλικίας του σύμπαντος τη στιγμή που παρατηρήθηκε. Οι συγγραφείς υποθέτουν ότι ο εμπλουτισμός αερίου από τη μαύρη τρύπα συμβαίνει κοντά στο φυσικό όριο. Η ταχύτερη συσσώρευση έχει ως αποτέλεσμα έναν πιο φωτεινό δίσκο αερίου γύρω από τη μαύρη τρύπα, ο οποίος με τη σειρά του μπορεί να αποτρέψει την είσοδο περαιτέρω ύλης.
Ιστορία της ανακάλυψης
Το J0529-4351 είναι γνωστό εδώ και δεκαετίες, αλλά παρόλο που έχει έναν δίσκο προσαύξησης αερίου 15.000 φορές μεγαλύτερο από το ηλιακό μας σύστημα και καταλαμβάνει τον δικό του γαλαξία – πιθανώς σχεδόν το μέγεθος του Γαλαξία – φαίνεται τόσο απόμακρος στα τηλεσκόπια μας ως ενιαίος σημείο φωτός.
Αυτό σημαίνει ότι είναι δύσκολο να το ξεχωρίσουμε από τα δισεκατομμύρια αστέρια στον δικό μας γαλαξία. Για να καταλάβουμε ότι ήταν στην πραγματικότητα μια μακρινή, ισχυρή, υπερμεγέθη μαύρη τρύπα απαιτούσε μερικές πιο περίπλοκες τεχνικές. Πρώτον, οι αστρονόμοι συνέλεξαν φως από τη μέση της ζώνης υπέρυθρων κυμάτων (φως με πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος από αυτά που μπορούμε να δούμε).
Σε αυτά τα μήκη κύματος, τα αστέρια και τα κβάζαρ φαίνονται εντελώς διαφορετικά. Για να επιβεβαιωθεί η παρατήρηση, ένα φάσμα (παρόμοιο με το Quasar 3C 273) καταγράφηκε χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο 2,3 μέτρων του Εθνικού Πανεπιστημίου της Αυστραλίας στο Παρατηρητήριο Siding Spring στη Νέα Νότια Ουαλία.
Και όπως το 3C 273, το φάσμα αποκάλυψε τόσο τη φύση του αντικειμένου όσο και την απόστασή του – 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτό απέδειξε πόσο ακραία πρέπει να είναι η φωτεινότητά του.
Λεπτομερείς έλεγχοι
Παρά αυτές τις μετρήσεις, έπρεπε να γίνουν πολυάριθμοι έλεγχοι για να επιβεβαιωθεί η πραγματική φωτεινότητα του κβάζαρ. Πρώτον, οι αστρονόμοι έπρεπε να διασφαλίσουν ότι το φως δεν ενισχύεται από μια πηγή στον ουρανό που ήταν πιο κοντά στη Γη. Παρόμοια με τους φακούς σε γυαλιά ή κιάλια, οι γαλαξίες μπορούν να λειτουργήσουν ως φακοί. Είναι τόσο πυκνά που μπορούν να λυγίσουν και να ενισχύσουν το φως από πιο μακρινές πηγές που είναι τέλεια ευθυγραμμισμένες πίσω τους.
Τα δεδομένα από τον δορυφόρο Gaia της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, ο οποίος μετρά τη θέση του J0529-4351 με εξαιρετική ακρίβεια, χρησιμοποιήθηκαν για να προσδιοριστεί ότι το J0529-4351 είναι πράγματι μια μοναδική πηγή φωτός χωρίς φακό στον ουρανό. Αυτό υποστηρίζεται από πιο λεπτομερή φάσματα που καταγράφηκαν με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή.
Το J0529-4351 είναι πιθανό να γίνει ένα πολύ σημαντικό εργαλείο για τη μελλοντική μελέτη των κβάζαρ και της ανάπτυξης μαύρης τρύπας. Η μάζα των μαύρων τρυπών είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα, αλλά είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί άμεσα επειδή δεν υπάρχει τυπική κλίμακα για τόσο παράλογα μεγάλα, μυστηριώδη αντικείμενα.
Μια τεχνική είναι η μέτρηση της επίδρασης της μαύρης τρύπας σε περισσότερο διάχυτο αέριο που περιφέρεται γύρω της σε μεγάλα σύννεφα που ονομάζονται περιοχή ευρείας γραμμής. Αυτό το αέριο γίνεται ορατό στο φάσμα μέσω ευρειών «γραμμών εκπομπής» που προκαλούνται από άλματα ηλεκτρονίων μεταξύ ορισμένων ενεργειακών επιπέδων στο ιονισμένο αέριο.
Το πλάτος αυτών των γραμμών σχετίζεται άμεσα με τη μάζα της μαύρης τρύπας, αλλά η βαθμονόμηση αυτής της σχέσης έχει δοκιμαστεί ελάχιστα για τα πιο φωτεινά αντικείμενα όπως το J0529-4351. Ωστόσο, λόγω του φυσικού του μεγέθους και της φωτεινότητάς του, το J0529-4351 θα είναι παρατηρήσιμο από ένα νέο όργανο που ονομάζεται Gravity+ που θα εγκατασταθεί στο VLT.
Αυτό το όργανο θα παρέχει μια άμεση μέτρηση της μάζας της μαύρης τρύπας και θα βαθμονομεί τις σχέσεις που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των μαζών άλλων αντικειμένων υψηλής φωτεινότητας.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Ο Philip Wiseman εργάζεται στο Πανεπιστήμιο του Southampton και χρηματοδοτείται από το Science and Technology Facilities Council.