Μαύρη τρύπα συνελήφθη να καταπίνει άστρο στο μέγεθος του Ήλιου

Στις 9 Σεπτεμβρίου 2018, τηλεσκόπια στη Γη κατέγραψαν μια ισχυρή λάμψη που προερχόταν από έναν γαλαξία σε απόσταση 860 εκατομμυρίων ετών φωτός. Ήταν η επιθανάτια λάμψη ενός άστρου στο μέγεθος του Ήλιου, το οποίο είχε την ατυχία να πλησιάσει την τερατώδη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία.

Οι παρατηρήσεις του σπάνιου φαινομένου επιβεβαιώνουν ότι οι μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας που βρίσκονται στα κέντρα σχεδόν όλων των γαλαξιών καταναλώνουν υλικό από το περιβάλλον τους με τον ίδιο τρόπο που τρέφονται και οι μαύρες τρύπες μικρής μάζας, κρυμμένες ανάμεσα στα άστρα των γαλαξιών.

Η κατανάλωση υλικού από τις μαύρες τρύπες είναι ανεξάρτητη από τη μάζα τους, αναφέρουν ερευνητές του ΜΙΤ, του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου του Νότου (ESA) και άλλων ερευνητικών ιδρυμάτων. Η μελέτη δημοσιεύεται στο έγκριτο Τhe Astrophysical Journal και είναι διαθέσιμη εδώ.

«Αυτό που δείξαμε ήταν ότι, αν έχεις δει μια μαύρη τρύπα, τις έχεις δει όλες» σχολιάζει ο Ντίραζ Πάσαμ του MIT, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Όταν πετάς προς το μέρος τους μια σφαίρα αερίου, όλες δείχνουν να κάνουν περίπου το ίδιο πράγμα».

Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οι «μικρές» μαύρες τρύπες, με μάζα περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου, εκπέμπουν ισχυρή ακτινοβολία όταν απορροφούν υλικό, συνήθως υδρογόνο από άστρα που κινούνται σε τροχιά γύρω από τη μαύρη τρύπα. Το υλικό που επιταχύνεται καθώς πλησιάζει τη μαύρη τρύπα αρχικά σχηματίζει έναν δίσκο γύρω της που ονομάζεται δίσκος συσσώρευσης. Σταδιακά, το υπέρθερμο υλικό του δίσκου χάνεται για πάντα μέσα στον ορίζοντα γεγονότων της μελανής οπής. Αμέσως μετά, ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που κρύβονται στο εσωτερικό όριο του δίσκου συσσώρευσης προκαλούν την εκπομπή ισχυρής ακτινοβολίας στο φάσμα των ακτίνων Χ, ένα είδος πίδακα ακτινοβολίας που ονομάζεται στέμμα.

Όταν τελικά το δείπνο τελειώσει, η μαύρη τρύπα επιστρέφει σε μια κατάσταση «ησυχίας» και παύει να εκπέμπει ακτινοβολία.

Υλικό που πέφτρι προς τη μαύρη τρύπα σχηματίζει αρχικά έναν δίσκο. Στο εσωτερικό του όριο σχηματίζεται ένας πίδακας ακτινοβολίας που ονομάζεται στέμμα (καλλιτεχνική απεικόνιση: ESA)

Το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί πολλές φορές σε μαύρες τρύπες μικρής μάζας, όχι όμως και στις τερατώδεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα γαλαξιών, των οποίων η μάζα είναι συνήθως δεκάδες εκατομμύρια μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

«Σε αυτές τις μαύρες τρύπες η διαδικασία αυτή συμβαίνει σε χρονικές κλίμακες που διαρκούν χιλιάδες χρόνια. Δεν μπορούμε να περιμένουμε τόσο πολύ» σχολιάζει ο δρ Πάσαμ.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι ερευνητές ήταν τυχεροί που πέτυχαν την κεντρική μαύρη τρύπα να τρώει «στο πόδι». Αντί να απορροφά σταδιακά υλικό από κάποιο συνοδό άστρο, η μαύρη τρύπα είχε την τύχη να καταπιεί απότομα κάποιο διερχόμενο άστρο.

Σε αυτή την περίπτωση, το άστρο παραμορφώνεται πριν χαθεί για πάντα: η πλευρά του που κοιτάζει προς τη μαύρη τρύπα δέχεται ισχυρότερη βαρυτική έλξη από ό,τι η αντίθετη πλευρά, και αυτή η ανισορροπία αναγκάζει το άστρο να χάσει το σφαιρικό σχήμα του και να μετατραπεί σε αυτό που οι αστρονόμοι ονομάζουν «κοσμικό σπαγγέτι» (ναι, αυτή είναι η επίσημη ορολογία).

Η ερευνητική ομάδα άρχισε να ασχολείται με το φαινόμενο τον Σεπτέμβριο του 2018, όταν το αυτοματοποιημένο τηλεσκόπιο ASASSN, σχεδιασμένο να ανιχνεύει σουπερνόβα, κατέγραψε μια ξαφνική λάμψη σε έναν γαλαξία που βρίσκεται 860 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Τα επόμενα δύο χρόνια, οι αστρονόμοι συνέχισαν να παρακολουθούν το συμβάν με ραδιοτηλεσκόπια και διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ.

«Πετύχαμε την μαύρη τρύπα στη φάση του σχηματισμού του δίσκου συσσώρευσης» αναφέρει ο Πάσαμ. «Στη συνέχεια ο δίσκος καταρρέει, το στέμμα γίνεται εντονότερο και λάμπει έντονα στο φάσμα των ακτίνων Χ. Τελικά δεν υπάρχει άλλο αέριο για να τραφεί η μαύρη τρύπα, οπότε η συνολική φωτεινότητα μειώνεται και πέφτει σε μη ανιχνεύσιμα επίπεδα».

«Γνωρίζαμε ότι αυτός ο κύκλος συμβαίνει στις μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, που έχουν μόνο 10 φορές τη μάζα του Ήλιου. Τώρα το βλέπουμε να συμβαίνει σε κάτι 5 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερο» καταλήγει.

Εκτός του ότι επιβεβαιώνει ότι οι μαύρες τρύπες όλων των μεγεθών έχουν τους ίδιους τρόπους στο τραπέζι, η μελέτη είναι μόλις η δεύτερη που καταγράφει το σχηματισμό του στέμματος από την αρχή μέχρι το τέλος του φαινομένου.