Ο γαλαξίας Messier 87 (Μ87) βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη και φιλοξενεί στο κέντρο του μια μαύρη τρύπα με μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την μάζα του ήλιου μας. Μετά την επιτυχία της απεικόνισης του περιβάλλοντας αυτής της μαύρης τρύπας από το παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων Event Horizon, τέθηκε το ζήτημα για το αν η εν λόγω η μαύρη τρύπα περιστρέφεται ή όχι;
Σύμφωνα με την πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό Nature, η ανάλυση των παρατηρήσεων του Event Horizon, από το 2000 έως το 2022 έδειξε ότι η μαύρη τρύπα πράγματι περιστρέφεται. Γύρω από την μαύρη τρύπα σχηματίζεται ένας δίσκος συσσώρευσης αερίων και σκόνης. Μέρος του υλικού αυτού προορίζεται να καταλήξει στη μαύρη τρύπα και να εξαφανιστεί για πάντα. Όμως, ένα άλλο τμήμα του εκτοξεύεται από τους πόλους της μαύρης τρύπας με ταχύτητα μεγαλύτερη από το 99,99% της ταχύτητας του φωτός. Τα έως τώρα θεωρητικά μοντέλα υποδείκνυαν πως η περιστροφή αυτή της μαύρης τρύπας ευθύνεται γι αυτό το φαινόμενο. Οι επιστήμονες πιστεύουν πως φορτισμένα σωματίδια στον δίσκο παράγουν πανίσχυρο μαγνητικό πεδίο και ότι, καθώς η μαύρη τρύπα περιστρέφεται, παρασύρει το πεδίο μαζί της.
Όπως τονίζει ο δρ Ziri Younsi, αστροφυσικός στο UCL, η περιστροφή μιας μαύρης τρύπας θα μπορούσε, στο μέλλον, να δώσει πληροφορίες για τα κατακλυσμικά γεγονότα που οδήγησαν στον σχηματισμό της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Το γεγονός ότι περιστρέφεται υποδεικνύει πως κάτι πολύ τρελό συνέβη στο παρελθόν. Πως κάποια στιγμή στην ιστορία του, συνέβη κάτι πολύ βίαιο.
Φωτογραφία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble του σφαιρωτού αστρικού σμήνους Messier 4. Το σμήνος συνίσταται από αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες άστρα. Οι αστρονόμοι υποψιάζονται ότι μια μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας, 800 ηλικακές μάζες, κρύβεται στον πυρήνα του σμήνους.
Μια αθέατη μαύρη τρύπα μεσαίας μάζας, που κρύβεται στην καρδιά του κοντινότερου σφαιρωτού σμήνους αστέρων στη Γη, το οποίο βρίσκεται 6.000 έτη φωτός μακριά, εντόπισαν αστρονόμοι.
Οι μαύρες τρύπες μεσαίας μάζας, που ζυγίζουν περίπου 100 ως 100.000 φορές τη μάζα του Ήλιου, φαίνεται ότι είναι σπάνιες και αστρονόμοι έχουν εντοπίσει κάποιες πιθανές τέτοιες μαύρες τρύπες στην περιφέρεια άλλων γαλαξιών, αλλά και σε πυκνά σφαιρωτά σμήνη αστεριών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον γαλαξία μας.
Χρησιμοποιώντας τις μοναδικές δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA/ESA, οι αστρονόμοι εστίασαν στον πυρήνα του σφαιρωτού αστρικού σμήνους Messier 4 (M4) για να διερευνήσουν μαύρες τρύπες με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι σε προηγούμενες έρευνες. Η μελέτη τους δημοσιεύεται στο περιοδικό της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας «Monthly Notices».
Η ομάδα, με επικεφαλής τον Εντουάρντο Βιτράλ από το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, εντόπισε μια πιθανή μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας, που ζυγίζει περίπου 800 φορές τη μάζα του Ήλιου. Η τρύπα αυτή δεν είναι ορατή, αλλά η μάζα της υπολογίστηκε μελετώντας την κίνηση των αστεριών που βρίσκονται στο βαρυτικό πεδίο της. Συγκεκριμένα, οι αστρονόμοι εξέτασαν παρατηρήσεις δώδεκα ετών του Μ4 από το Hubble. Το διαστημικό σκάφος Gaia του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) συνέβαλε επίσης με σαρώσεις πάνω από 6.000 αστέρων που περιόρισαν το συνολικό σχήμα του σμήνους και τη μάζα του.
Πάντως, επειδή οι μαύρες τρύπες μεσαίας μάζας στα σφαιρωτά σμήνη είναι τόσο αόριστες, ο Βιτράλ προειδοποιεί ότι «εναλλακτικά, μπορεί να υπάρχει ένας αστρικός μηχανισμός που απλώς δεν γνωρίζουμε, τουλάχιστον στο πλαίσιο της τρέχουσας φυσικής».
Η δημιουργία μιας μαύρης τρύπας σε εργαστήριο είναι πέρα από την τρέχουσα τεχνολογία, αλλά θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα στο μέλλον
Στη λαϊκή φαντασία, οι μαύρες τρύπες είναι αδηφάγα τέρατα που καταβροχθίζουν οτιδήποτε βρίσκεται κοντά τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν σποραδικές ανησυχίες ότι οι φυσικοί μπορεί να δημιουργήσουν κατά λάθος ή και σκόπιμα μια μαύρη τρύπα, ίσως μέσα από τις συγκρούσεις σωματιδίων σε έναν επιταχυντή όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN. Θα κατάπινε την ίδια τη Γη ένα τόσο σκοτεινό μεγαθήριο; Όχι ακριβώς. Κανείς δεν έχει δημιουργήσει ποτέ μαύρη τρύπα στον πλανήτη μας μέχρι τώρα. Αλλά ακόμα κι αν το έκανε, μάλλον δεν θα αποτελούσε τεράστια απειλή.
Οι μαύρες τρύπες του πραγματικού κόσμου είναι τρομακτικές διότι αν τις πλησιάσετε πάρα πολύ, δεν θα μπορέσετε να ξεφύγετε ποτέ από αυτές. Αλλά ακόμα κι αν κάποιος δημιουργούσε μια μαύρη τρύπα σε ένα εργαστήριο στη Γη, «θα είχε τόσο μικρή μάζα, που η βαρυτική της επίδραση θα ήταν σχετικά μικρή», σύμφωνα με τον Eliot Quataert, θεωρητικό αστροφυσικό του Πρίνστον. «Δεν θα καταβρόχθιζε μεγάλη ποσότητα ύλης».
Στην πραγματικότητα, η δημιουργία μιας μαύρης τρύπας σε ένα εργαστήριο είναι ένας στόχος που επιδιώκουν ενεργά οι φυσικοί – ένας στόχος που θα μπορούσε να επιτρέψει στους ερευνητές να απαντήσουν σε πολλά θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με την κβαντική μηχανική και τη φύση της βαρύτητας.
Μια μαύρη τρύπα σχηματίζεται συνήθως όταν πεθαίνει ένα άστρο πολύ μεγαλύτερο από τον ήλιο μας. Προς το τέλος της ζωής του τα εξωτερικά στρώματα ενός τέτοιου άστρου εκρήγνυνται προς τα έξω προκαλώντας ένα θεαματικό σουπερνόβα, ενώ ο πυρήνας του συμπιέζεται προς τα μέσα – προς το κέντρο του – τόσο ισχυρά που καμία γνωστή δύναμη στο σύμπαν δεν μπορεί να το σταματήσει. Έτσι προκύπτει ένα υποατομικό σημείο τεράστιας μάζας και ασύλληπτης πυκνότητας, του οποίου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που ακόμη και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από την έλξη του. Αυτού του είδους οι μαύρες τρύπες είναι κάτι το συνηθισμένο στο σύμπαν μας.
Βεβαίως, εφόσον κάτι δεν πλησιάζει πολύ μια μαύρη τρύπα, παραμένει ασφαλές. Μόνο μέσα σε ένα σφαιρικό όριο που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα, γνωστό ως ορίζοντας γεγονότων, ένα άτομο ή ένα αντικείμενο θα έλκονταν αμετάκλητα προς το εσωτερικό της. Οι τεράστιες μαύρες τρύπες έχουν μεγάλο ορίζοντα γεγονότων —με διάμετρο εκατομμυρίων χιλιομέτρων— ενώ οι μικρότερες έχουν ορίζοντες γεγονότων που εκτείνονται μόλις δεκάδες χιλιόμετρα. Αν μπορούσαμε να δημιουργήσουμε μια μαύρη τρύπα σε ένα εργαστήριο που θα ζύγιζε μόνο μισό κιλό, θα είχε έναν ορίζοντα γεγονότων ένα τρισεκατομμύριο φορές μικρότερο από το εύρος του πρωτονίου.
Οι φόβοι για τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας από τον LHC προήλθαν από το γεγονός ότι στην ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η μάζα (m) και η ενέργεια (Ε) είναι ισοδύναμα – εξού και η πασίγνωστη εξίσωση E = mc2, όπου c η ταχύτητα του φωτός. Επειδή σε έναν υπερεπιταχυντή συγκρούονται πρωτόνια με απίστευτες ταχύτητες (κοντά στην ταχύτητα του φωτός) και ενέργειες, όλα τα είδη περίεργων και εξωτικών σωματιδίων μπορούν να εμφανιστούν, συμπεριλαμβανομένης πιθανώς και μιας μαύρης τρύπας. Αλλά η δημιουργία μιας μαύρης τρύπας με έστω και μικροσκοπικό ορίζοντα γεγονότων θα απαιτούσε δισεκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που μπορεί να παράξει σήμερα ο LHC. Ακόμα κι αν μπορούσε να δημιουργήσει μια τέτοια μαύρη τρύπα, αυτό το αντικείμενο θα έχανε γρήγορα ενέργεια και θα εξαφανιζόταν εν ριπή οφθαλμού.
Πριν από την λειτουργία του LHC, το 2008, ορισμένοι ερευνητές είχαν υποθέσει ότι, αν o χωροχρόνος είχε επιπλέον διαστάσεις όπως υποθέτει η θεωρία των χορδών – μια θεωρία που επιχειρεί να συγχωνεύσει την κβαντική φυσική με την βαρύτητα σε μια ενιαία θεωρία – θα μπορούσε να εμφανιστεί μια μαύρη τρύπα. Αυτό συμβαίνει επειδή στο τετραδιάστατο σύμπαν μας (με τρεις διαστάσεις του χώρου και μία του χρόνου), η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής για να σφυρηλατήσει την ύλη προς μια μαύρη τρύπα. Όμως, αν υπάρχουν κι άλλες διαστάσεις, η βαρύτητα μπορεί να μην είναι τόσο ασθενής όπως μας φαίνεται, αφού μέρος της ισχύος της θα μπορούσε να διαφεύγει προς τις άλλες διαστάσεις. Σε ένα τέτοιο σύμπαν, είναι πολύ πιθανό μια μαύρη τρύπα να εμφανιστεί μέσα σε έναν επιταχυντή, αποκαλύπτοντας έτσι τις άγνωστες πτυχές της βαρύτητας. Αυτή η ανακάλυψη θα ήταν «η πιο περίεργη και εντυπωσιακή νέα φυσική που θα μπορούσαμε να δούμε στον LHC», λέει ο Juan Maldacena, θεωρητικός φυσικός στο Πρίνστον.
Η ιδέα δημιουργία μαύρης τρύπας στον LHC διαδόθηκε από τα μέσα ενημέρωσης, προκαλώντας πάταγο. Μάλιστα ένας Γερμανός χημικός μάλιστα κατέθεσε μήνυση κατά του CERN στο Ευρωπαϊκό Δικαστήριο Ανθρωπίνων Δικαιωμάτων. Μια ειδική επιτροπή φυσικών είχε ήδη αρχίσει να εξετάζει το θέμα το 2003, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι δεδομένου τα σωματίδια από το διάστημα προσπίπτουν στην ατμόσφαιρα της Γης με ενέργειες πολύ μεγαλύτερες από εκείνες του LHC χωρίς να δημιουργούν μαύρες τρύπες, η πιθανότητα δημιουργίας μαύρης τρύπας στο CERN φαινόταν απίθανη. Η έκθεση της επιτροπής αναθεωρήθηκε και επανεκδόθηκε το 2008 με περισσότερες πληροφορίες για να κατευνάσει τους φόβους του κοινού.
Μέχρι σήμερα, δεν έχουν παρατηρηθεί μαύρες τρύπες στον LHC. Κρίμα, γιατί θα επιβεβαίωναν τις προβλέψεις της θεωρίας χορδών, κάτι που «θα ήταν πολύ ωραίο», λέει ο Maldacena, «…αλλά δυστυχώς δεν συνέβη».
Κι αν είμαστε πολύ πίσω όσον αφορά την κατασκευή μιας μαύρης τρύπας στο εργαστήριο, σύμφωνα με κάποιους ερευνητές δεν ισχύει το ίδιο όσον αφορά την κατασκευή … σκουληκότρυπας σε κβαντικό υπολογιστή.
Πρόσφατα η NASA, ο Εθνικός Οργανισμός Αεροναυτικής και Διαστήματος των ΗΠΑ, έδωσε στη δημοσιότητα ένα «αρχείο ήχου», δηλαδή ένα αρχείο ψηφιακών ηχητικών δεδομένων για απλά υπολογιστικά συστήματα, χάρη στο οποίο μπορούμε, πρώτη φορά, να ακούσουμε τους ήχους που υποτίθεται ότι παράγει η μαύρη τρύπα που έχει εντοπιστεί (από καιρό) στο κέντρο του σμήνους γαλαξιών του Περσέα, σε απόσταση πάνω από 240 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη (ακούστε εδώ την ‘μελωδία’ των μαύρων τρυπών)
Πόσο «μαύρες» είναι τελικά οι μαύρες τρύπες;
Οι μαύρες τρύπες αποτελούν, αναμφίβολα, ένα από τα πιο εξωτικά και αινιγματικά αντικείμενα του Σύμπαντος. Ο όρος «μαύρη τρύπα» εισάγεται το 1967 από τον κορυφαίο Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό Τζον Γουίλερ για να περιγράψει όχι μια τρύπα με την κυριολεκτική έννοια, αλλά τα γιγάντια και απρόσμενα «κενά» που προκύπτουν από τις τοπικές παραμορφώσεις του διαστημικού χωροχρόνου, όπως ακριβώς προέβλεπε η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Πράγματι, αυτές οι ασυνήθιστα «εσωστρεφείς» δομές δημιουργούνται όταν ένα πολύ μεγάλο άστρο, τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερο από τον δικό μας Ήλιο, εξαντλεί τα υλικά-ενεργειακά του αποθέματα, τα οποία τροφοδοτούν τις πυρηνικές αντιδράσεις που το συντηρούν, και έτσι καταρρέει με μία μεγάλη έκρηξη. Η μαύρη τρύπα εμφανίζεται, δηλαδή, στο σημείο του Διαστήματος όπου κάποτε υπήρχε μόνο ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, που στην τελική φάση της εξέλιξής του χάνει οριστικά τη μάχη ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα να καταρρεύσει και να συμπυκνωθούν τα υλικά του σε ένα σημείο του χωροχρόνου.
Η πλήρης κατάρρευση ενός μεγάλου άστρου στον εαυτό του καμπυλώνει τοπικά τον χωρόχρονο και οδηγεί στη δημιουργία μιας «μαύρης τρύπας». Τα άστρα αυτά ονομάζονται από τους αστροφυσικούς «σουπερνόβα» –ελληνιστί, υπερκαινοφανείς αστέρες– και το εκρηκτικό τέλος τους είναι ένα από τα πιο εντυπωσιακά αστρονομικά φαινόμενα του Σύμπαντος.
Πρόκειται για ένα απολύτως φυσικό αστρονομικό φαινόμενο, που όχι μόνο προβλέπεται αλλά και ως έναν βαθμό εξηγείται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας που είχε διατυπώσει ο Αϊνστάιν ήδη από το 1915. Και όπως έδειξαν οι μετέπειτα αστρονομικές παρατηρήσεις, κάθε μαύρη τρύπα είναι τόσο πυκνή και παραμορφώνει τόσο πολύ το σημείο του χωροχρόνου όπου βρίσκεται, ώστε ακόμη και το φως δεν μπορεί να διαφύγει από το βαρυτικό της πεδίο: έχει γίνει πλέον αόρατη, και γι’ αυτό ονομάζεται «μαύρη».
Οι μαύρες τρύπες μπορούν να γίνουν «ορατές» μόνον έμμεσα: τα σύγχρονα και πολύ ισχυρά ραδιοτηλεσκόπια εντοπίζουν τη θέση τους βασιζόμενα αποκλειστικά στις επιδράσεις που ασκούν οι μαύρες τρύπες στα γειτονικά τους ουράνια σώματα. Χάρη σε αυτά τα φαινόμενα «αστρικού κανιβαλισμού» μάθαμε ότι μαύρες τρύπες υπάρχουν παντού στο διάστημα, κυρίως στο κέντρο των γαλαξιών. Για παράδειγμα, στο κέντρο του γαλαξία μας έχουν εντοπιστεί τουλάχιστον δύο μαύρες τρύπες. Κάτι που διαπιστώθηκε με έμμεσο τρόπο, παρατηρώντας την αδικαιολόγητα επιταχυνόμενη κίνηση των αστέρων γύρω από αυτές, καθώς και τις ασυνήθιστες ριπές ενέργειας ή ακτινοβολίας που εκπέμπονται όταν κάποια ογκώδη ουράνια σώματα πέφτουν μέσα τους.
Οι διάφορες παρατηρήσεις σχετικά με τη θέση, τη φύση και τη δυναμική των μαύρων τρυπών άρχισαν να συστηματοποιούνται θεωρητικά κατά τη δεκαετία του 1970, συμβάλλοντας στην αναθεώρηση κάποιων δογματικών απόψεων της Αστροφυσικής. Καθοριστικό για αυτήν την επιστημονική ανανέωση ήταν το έργο του Στίβεν Χόκινγκ, ο οποίος μελέτησε όσο κανένας άλλος τη δυναμική αυτών των φαινομένων. Οι πρωτοποριακές έρευνές του τον οδήγησαν τελικά στο να απορρίψει την καθιερωμένη στατική εικόνα των μαύρων τρυπών, ενώ κατόπιν απέκλεισε και την πιθανότητα να διαθέτουν αυτές οι δομές έναν αυστηρά προκαθορισμένο (εξαρχής) «ορίζοντα γεγονότων», που όπως υπέθεταν τότε τις περιβάλλει και εμποδίζει το φως να διαφεύγει από αυτές.
Έτσι, το 2015, σε μια σημαντική ομιλία του στη Σουηδία, ο Χόκινγκ θα δηλώσει: «Οι μαύρες τρύπες δεν είναι και τόσο μαύρες όσο τις περιγράφουν. Δεν είναι οι αιώνιες φυλακές που θεωρούσαμε κάποτε ότι είναι. Τα πράγματα μπορούν να βγαίνουν από μία μαύρη τρύπα και, δυνητικά, να καταλήγουν σε ένα διαφορετικό σημείο του Σύμπαντος». Μια σαφής ένδειξη αυτού του γεγονότος είναι ότι οι αστροφυσικοί μπορούν να αναγνωρίζουν, να φωτογραφίζουν και, πιο πρόσφατα, να «ακούν» τις αλληλεπιδράσεις μιας μαύρης τρύπας με τα ουράνια σώματα που βρίσκονται στο άμεσο περιβάλλον της.
Όταν οι μαύρες τρύπες σπάνε τη… σιωπή τους
Πριν από έναν χρόνο, χάρη στα δεδομένα που συνέλεξαν μέσω των διαστημικών τηλεσκοπίων, όπως αυτά του διεθνούς δικτύου Event Horizon Telescope, οι αστροφυσικοί απέκτησαν μια σαφέστερη εικόνα τόσο για την ακριβή θέση στο διάστημα όσο και για το γενικό περίγραμμα ορισμένων μαύρων τρυπών. Όμως αυτές οι εντυπωσιακές οπτικές εικόνες, προϊόν πολυετών παρατηρήσεων και επεξεργασίας από περίπλοκα υπολογιστικά προγράμματα, είναι ακουστικά «βουβές»: δεν μας αποκαλύπτουν τίποτα για τους ήχους που ενδεχομένως παράγονται από τις κινήσεις αυτών των μαύρων γιγάντων και τις αλληλεπιδράσεις τους με άλλα ουράνια σώματα του γαλαξία!
Μήπως, τελικά, αυτά τα εντυπωσιακά διαστημικά φαινόμενα δεν μπορούν να παράγουν ήχους αντιληπτούς από τον άνθρωπο; Τότε, όμως, πώς προέκυψαν οι διάφορες ηχητικές καταγραφές (που υπάρχουν στο Διαδίκτυο) για τις εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων, για τα βαρυτικά κύματα ή, ακόμη, για τους «ήχους» που εκπέμπονται από τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος;
Συνήθως, δεν υπογραμμίζεται επαρκώς το γεγονός ότι όλοι αυτοί οι εντυπωσιακοί αλλά και απρόσμενα οικείοι ήχοι από το διάστημα δεν είναι «πραγματικοί», αλλά ένας τρόπος να αναπαριστούμε ακουστικά, δηλαδή να μεταφράζουμε τα ανιχνεύσιμα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και τα βαρυτικά κύματα από το διάστημα σε ηχητικά κύματα, που μόνον «κατόπιν εορτής» είναι αντιληπτά από το ακουστικό μας σύστημα.
Πράγματι, τα ηχητικά κύματα εκτός της Γης, που φτάνουν δηλαδή από το διάστημα, προκύπτουν από την εφαρμογή της «ηχοποίησης» (sonification): μία σχετικά νέα τεχνολογική μέθοδος ηχητικής αναπαράστασης όλων των διαθέσιμων πληροφοριών και των φυσικών παραμέτρων για μια σειρά από διαστημικά φαινόμενα που δεν είναι καθόλου εύκολο να οπτικοποιηθούν. Καταφεύγουμε στις τεχνικές ηχοποίησης για να πετύχουμε τη μετατροπή σε ακουστικές πληροφορίες των πολυάριθμων πληροφοριών που συλλέγονται από τα ραδιοτηλεσκόπια πάνω στη Γη ή από παρατηρητήρια στο διάστημα.
Έτσι, το σύντομο ηχητικό απόσπασμα που δημιούργησαν οι επιστήμονες της NASA και δόθηκε στη δημοσιότητα πριν από μερικές ημέρες, βασίστηκε σε πραγματικές πληροφορίες που συλλέχθηκαν από τις αστρονομικές παρατηρήσεις της μακρινής μαύρης τρύπας, που βρίσκεται στο κέντρο του σμήνους γαλαξιών του Περσέα και επιπλέον έχει το πλεονέκτημα να μπορεί να ακούγεται από το ανθρώπινο αυτί.
Συνήθως δεν τονίζεται επαρκώς το γεγονός ότι οι τόσο εντυπωσιακοί αλλά και απρόσμενα οικείοι «ήχοι» από το διάστημα δεν είναι πραγματικοί, αλλά ένας τρόπος για να αναπαραστήσουμε ακουστικά, δηλαδή να «μεταφράσουμε», σε ηχητικά κύματα, τα ηλεκτρομαγνητικά ή τα βαρυτικά κύματα, που προέρχονται από το διάστημα. Εκτός, όμως, από τη γνωστική αξία αυτών των «ηχοποιήσεων» για την Αστροφυσική και την Κοσμολογία, τα τελευταία χρόνια αυτές οι τεχνικές γνωρίζουν και ενδιαφέρουσες αισθητικές εφαρμογές σε διάφορα καλλιτεχνικά πεδία, όπως π.χ. των ψηφιακών τεχνών και της τέχνης του ήχου
Σε σχέση με τις προηγούμενες ηχοποιήσεις άλλων διαστημικών αντικειμένων, αυτή η τελευταία έχει την ιδιαιτερότητα ότι βασίζεται, εν μέρει, σε κάποια πραγματικά ακουστικά κύματα. Ωστόσο, ακόμη κι αν μπορούσαμε να ταξιδέψουμε μέχρι το κέντρο του σμήνους του Περσέα, όπου βρίσκεται η μαύρη τρύπα, δεν θα ακούγαμε ποτέ το σκοτεινό της τραγούδι, επειδή η πραγματική συχνότητά του είναι υπερβολικά χαμηλή για να γίνει αντιληπτή από το ανθρώπινο ακουστικό σύστημα.
Συνεπώς, για να κάνουν τον ήχο της μαύρης τρύπας ακουστικά ανιχνεύσιμο, οι επιστήμονες όφειλαν να αυξήσουν τρισεκατομμύρια φορές τη συχνότητά του. Και αυτό ακριβώς έκαναν. Με όρους της οικείας μουσικής κλίμακας, ενώ τα ηχητικά κύματα που εξέπεμπε η μαύρη τρύπα υπολόγισαν ότι είναι 57 οκτάβες κάτω από το Ντο, ανέβασαν, μέσω της ηχοποίησης, τη συχνότητά τους κατά 58 οκτάβες πάνω από την πραγματική τους συχνότητα. Μόνο χάρη σε αυτές τις ανθρώπινες παρεμβάσεις μπορούμε όλοι να ακούσουμε τους ήχους που υποτίθεται ότι εκπέμπει η μαύρη τρύπα.
Mαύρες τρύπες, σκουληκότρυπες, κβαντική σύμπλεξη, Αϊνστάιν, μυστηριώδεις νήσοi και μια νέα φυσική που βλέπει πως το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας βρίσκεται μυστικά και στο εξωτερικό της!
Νέες φιλόδοξες αλλά και αμφιλεγόμενες θεωρητικές προτάσεις για την επίλυση του παραδόξου των πληροφοριών που χάνονται στις μαύρες τρύπες, οι οποίες στην καλύτερη περίπτωση αποτελούν ένα σημείο εκκίνησης για μια πλήρη ερμηνεία των μαύρων τρυπών.
Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική. Επί δεκαετίες, οι φυσικοί προβληματίζονται για το τι συμβαίνει με οποιοδήποτε υλικό που πέφτει στο εσωτερικό της.
Το πρόβλημα που βασανίζει τους φυσικούς ονομάζεται παράδοξο της πληροφορίας της μαύρης τρύπας. Όμως τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη που μπορεί τελικά να λύσει το παζλ και να μας δείξει πώς πραγματικά λειτουργούν οι μαύρες τρύπες.
Για να κατανοήσουμε το παράδοξο, πρέπει να θυμηθούμε την μεγάλη έμπνευση που είχε ο Stephen Hawking το 1974. Ο Hawking συνειδητοποίησε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται. Ακριβώς όπως το νερό σε μια λακκούβα εκτεθειμένη στον ήλιο, έτσι και μια μαύρη τρύπα θα συρρικνωθεί αργά, σωματίδιο με σωματίδιο, μέχρι να εξαφανιστεί εντελώς.
Η ανακάλυψή του προήλθε από την κβαντική φυσική, η οποία μας δείχνει ότι ο κενός χώρος δεν είναι στην πραγματικότητα κενός. Αντ’ αυτού, ζεύγη των επονομαζόμενων εικονικών σωματιδίων αναδύονται συνεχώς από το κενό. Κάποια από αυτά τα ζεύγη προκύπτουν στο όριο μιας μαύρης τρύπας που ονομάζεται ορίζοντας των γεγονότων. Στην περίπτωση αυτή, μπορεί το ένα από αυτά να παγιδευτεί στον ορίζοντα ενώ το άλλο να διαφύγει μακριά από την μαύρη τρύπα μεταφέροντας ενέργεια. Τελικά, αυτή η ενέργεια που διαφεύγει συρρικνώνει τη μαύρη τρύπα στο τίποτα.
Το μόνο πρόβλημα με αυτό το σενάριο είναι ότι αν οι μαύρες τρύπες μπορούν να καταστραφούν, τότε μπορούν να καταστραφούν και όλες οι πληροφορίες σχετικά με το τι έπεσε στο εσωτερικό τους. Αυτό φαίνεται να παραβιάζει έναν θεμελιώδη νόμο της φυσικής, ο οποίος λέει ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν ποτέ να καταστραφούν. Τι λάθος υπάρχει;
Για σχεδόν 50 χρόνια οι φυσικοί ταλαιπωρούνται από τον γρίφο αυτό. Όμως τα τελευταία χρόνια αποκαλύφθηκε μια πρωτόγνωρη λύση με σκουληκότρυπες. Θεωρητικά οι σκουληκότρυπες είναι γέφυρες στο χωροχρόνο που συνδέουν δύο μακρινά σημεία μέσω μιας παράκαμψης. Οι σκουληκότρυπες μπορεί να ακούγονται ως αποκύημα επιστημονικής φαντασίας, όμως είναι πραγματικές προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Προσφάτως προέκυψε μια νέα ανακάλυψη για τις μαύρες τρύπες, όταν οι επιστήμονες εξέτασαν την πιθανότητα το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας να συνδέεται με το εσωτερικό μιας άλλης μαύρης τρύπας μέσω μιας σκουληκότρυπας. Μια τέτοια σύνδεση θα ήταν σπάνια, αλλά θεωρητικά εφικτή. Και σύμφωνα με τους κανόνες της κβαντικής φυσικής, ό,τι μπορεί να συμβεί συμβαίνει.
Ένα σωματίδιο δεν ταξιδεύει απλώς κατά μήκος μιας συγκεκριμένης διαδρομής από το σημείο Α στο σημείο Β. Ακολουθεί όλες τις δυνατές διαδρομές – τρελό αλλά αληθινό! Το ίδιο φαίνεται να συμβαίνει και με τις μαύρες τρύπες. Όλες οι πιθανές περίεργες διαμορφώσεις του χωροχρόνου που θα μπορούσαν να συμβούν μέσα τους, συμπεριλαμβανομένων των σκουληκότρυπων, συμβαίνουν.
Όταν οι φυσικοί πρόσθεσαν τις σκουληκότρυπες στην εικόνα, συνέβη ένα περίεργο πράγμα: οι πληροφορίες δεν χάνονταν. Βαθιά μέσα στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών φαινόταν να περιέχονται ειδικές περιοχές που ονομάζονται νησιά. Αυτά τα νησιά είναι μέρος των μαύρων τρυπών αλλά και όχι. Κατά έναν περίεργο τρόπο, είναι τόσο μέσα όσο και έξω από τις μαύρες τρύπες, σαν να είναι μέρος της ακτινοβολίας που διαφεύγει που εξαντλεί τις μαύρες τρύπες με την πάροδο του χρόνου. Και μαζί τους διαφεύγουν και οι πληροφορίες που περιέχουν μέσα τους.
Αυτές οι νέες ιδέες είναι αρκετά μπερδεμένες, ακόμη και για τους φυσικούς, οι οποίοι ανακαλύπτουν ότι ο κόσμος και η φύση της πραγματικότητάς μας είναι πολύ πιο περίεργα από ότι θα μπορούσαμε να φανταστούμε ποτέ.
Το 2019 για πρώτη φορά στην ιστορία της αστρονομίας είχαμε τη δυνατότητα να δούμε την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ή μάλλον το τι υπάρχει γύρω από αυτή, αφού οι μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα αόρατες, καθώς απορροφούν οτιδήποτε εντός τους, ακόμη και το φως. Η ιστορική φωτογραφία των ερευνητών του Event Horizon Telescope (Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων) ‘έδειχνε’ την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον γαλαξία M 87, σε απόσταση 52 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, με μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου και διάμετρο 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.
Την Πέμπτη 12 Μαΐου 2022 θα παρουσιαστούν τα νέα αποτελέσματα του Event Horizon Telescope (EHT). Θα αναφέρονται (μάλλον) στην απεικόνιση της μαύρης τρύπας που βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία μας σε απόσταση 27 χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη, έχει μάζα 4,3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, διάμετρο 44 εκατομμύρια χιλιόμετρα και ονομάζεται Τοξότης Α* (SgrA*).
Το GW190521 σύμφωνα με την σημερινή δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters [GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙], είναι ένα βαρυτικό κύμα που κατέγραψαν οι ανιχνευτές LIGO and Virgo στις 21/5/2019. Προέκυψε από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με μάζες 66 M⊙ και 85 M⊙ (1M⊙=η μάζα του ήλιου μας), προς τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας με μάζα περίπου 142M⊙. Η συγχώνευση απελευθέρωσε τεράστια ποσότητα ενέργειας, ισοδύναμη με την ενέργεια 8 ηλιακών μαζών. Η πηγή του βαρυτικού κύματος GW190521 απέχει από τη Γη περίπου 5 Gpc (=5∙109παρσέκ) .
Πρόκειται για την μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων. Αλλά και οι αρχικές μαύρες τρύπες (66 M⊙ 85 M⊙) έχουν τέτοιες μάζες που δεν εξηγούνται με τους γνωστούς μηχανισμούς σχηματισμού μαύρων τρυπών.
Το βαρυτικό κύμα GW190521 αποκαλύπτει μια τεράστια μαύρη τρύπα
Τελικά, είτε οι αστέρες μπορούν να σχηματίσουν μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας, είτε κάποιες από τις μαύρες τρύπες των LIGO-Virgo σχηματίζονται μέσω άλλων διεργασιών — ίσως ως αποτέλεσμα μιας προηγούμενης συγχώνευσης μεταξύ ελαφρότερων μαύρων τρυπών, η οποία ανοίγει ένα δρόμο για τον σχηματισμό μιας ακόμα μεγαλύτερης μαύρης τρύπας μέσω ακόμα μίας συγχώνευσης. Αυτό το σενάριο πολλαπλών συγχωνεύσεων απαιτεί τον σχηματισμό των μαύρων τρυπών κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, σε περιβάλλον όπου υπάρχουν αρκετές μαύρες τρύπες σε κοντινή απόσταση ώστε να προκύψουν πολλαπλές συγχωνεύσεις. Εκτός κι αν το εν λόγω βαρυτικό κύμα δημιουργήθηκε από κάτι εντελώς καινούργιο!
Οι ερευνητές των ανιχνευτών LIGO και Virgo εξετάζουν στην δημοσίευσή τους και άλλες πηγές στο σύμπαν που θα μπορούσαν να έχουν παράγει το βαρυτικό κύμα GW190521. Όπως για παράδειγμα την πιθανότητα να δημιουργήθηκε από ένα άστρο που κατέρρευσε στον γαλαξία μας ή από μια κοσμική χορδή που προέκυψε αμέσως μετά την πληθωριστική διαστολή του αρχέγονου σύμπαντος – αν και καμία από αυτές τις εξωτικές δυνατότητες δεν ταιριάζει με τα δεδομένα, όπως συμβαίνει με την υπόθεση της συγχώνευσης δυο μαύρων τρυπών με τις παραπάνω μάζες.
και «Properties and astrophysical implications of the 150 M binary black hole merger GW190521»
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration
(νεώτερη ενημέρωση – Καθημερινή 3/9/2020)
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν νέα «οικογένεια» από μαύρες τρύπες
Κλικ πάνω στην εικόνα για μεγέθυνση
Λιγότερο από το ένα δέκατο του δευτερολέπτου, όσο δηλαδή ένα βλεφάρισμα των ματιών, διήρκεσε το σήμα που «έπιασαν» οι ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων «Ligo» και «Virgo», σε ΗΠΑ και Ευρώπη αντίστοιχα, τον Μάιο του 2019. Το σήμα πέρασε μέσα από τα φίλτρα της επιστημονικής ανάλυσης και χθες οι επιστήμονες των δύο ανιχνευτών ανακοίνωσαν τη νέα τους ανακάλυψη: τη σύγκρουση και συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών, των πιο μακρινών και με τη μεγαλύτερη μάζα που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα μέσω των βαρυτικών κυμάτων.
Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνας του βαρυτικού σήματος (GW190521) στα επιστημονικά περιοδικά Physical Review Letters και Astrophysical Journal Letters. Η μαύρη τρύπα που προέκυψε έχει μάζα όσο 142 ήλιοι, ενώ το σύμπαν «πλημμύρισε» με βαρυτικά κύματα, με ενέργεια ισοδύναμη με οκτώ ήλιους.
«Μέχρι σήμερα», λέει στην «Κ» ο καθηγητής Σχετικότητας στο Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ, Νίκος Στεργιούλας, «είχαν εντοπιστεί δύο κατηγορίες μελανών οπών, αυτές που δημιουργούνται μετά την κατάρρευση ενός άστρου και έχουν μάζα μέχρι 60 φορές περίπου τη μάζα του Ηλιου και αυτές που υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών και έχουν μάζα εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου».
Ο καθηγητής, ο οποίος είναι μέλος της πρώτης ερευνητικής ομάδας στην Ελλάδα που συμμετέχει στις ανιχνεύσεις του «Virgo» από τον Ιούλιο του 2020, μας λέει ότι οι θεωρητικές προβλέψεις για την ύπαρξη μελανών οπών με μάζα στην «ενδιάμεση περιοχή» επιβεβαιώθηκαν με το δείγμα που εντοπίστηκε μέσω της ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. «Αυτό μας δίνει ελπίδες ότι μπορεί να υπάρχει ένας ολόκληρος πληθυσμός μελανών οπών με ενδιάμεση μάζα και αν πράγματι ανιχνευθούν και άλλες μελλοντικά, θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε τους τρόπους σχηματισμού τους, που μπορεί να είναι περισσότεροι από ένας», σημειώνει.
Ο βίαιος χορός των δύο μελανών οπών έλαβε χώρα όταν το σύμπαν ήταν νεότερο κατά επτά δισ. χρόνια και σε μια απόσταση περίπου 16 εκατ. έτη φωτός μακριά, σύμφωνα με τον κ. Στεργιούλα. Τι μπορεί να μεσολάβησε στο ενδιάμεσο; «Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε επακριβώς πώς εξελίχθηκε αυτή η μελανή οπή έπειτα από αρκετά δισ. χρόνια. Θα μπορούσε, ενδεχομένως, να συναντήσει μια άλλη μελανή οπή και να συγχωνευθούν, δημιουργώντας μια ακόμη μεγαλύτερη. Σίγουρα, όμως, εξακολουθεί να υπάρχει, ακόμη και αν ακτινοβολεί με κβαντομηχανικό τρόπο, όπως προέβλεψε ο Χόκινγκ. Δεν γνωρίζουμε, δηλαδή, κάποιο τρόπο για να καταστραφεί μια μελανή οπή με τόση μάζα σε τόσο χρονικό διάστημα».
Οι ανιχνευτές «Ligo» και «Virgo» έδωσαν τα διαπιστευτήριά τους το 2015-16 με την ιστορική πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, επιβεβαιώνοντας τις προβλέψεις που έκανε ο Αϊνστάιν για τους «κυματισμούς στον χωροχρόνο» έναν αιώνα πριν. Από τότε, οι νέες ανακαλύψεις είναι ολοένα και πιο συχνές.
Στον τελευταίο γύρο λειτουργίας των δύο ανιχνευτών εντοπίστηκαν 56 βαρυτικά κύματα από τα οποία επιβεβαιώθηκαν μέχρι στιγμής τα τέσσερα (ανάμεσα στα οποία και το χθεσινό). «Οσο θα αυξάνει ο αριθμός των επιβεβαιωμένων ανιχνεύσεων, θα μπορούμε να ελέγχουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την ισχύ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, τις θεωρίες για την αστρική εξέλιξη, αλλά και να μετράμε με έναν ανεξάρτητο τρόπο τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος», επισημαίνει ο κ. Στεργιούλας.
Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη και συνάμα γοητευτικά φαινόμενα του σύμπαντος και εξάπτουν τη φαντασία. Το πόσο μακριά είμαστε από την αποκρυπτογράφησή τους είναι κάτι… σχετικό, αλλά στο δυναμικό των «Ligo» και «Virgo» προστίθενται και άλλοι ανιχνευτές. «Ηδη λειτουργεί και τέταρτος ανιχνευτής στην Ιαπωνία (KAGRA) και σε λίγα χρόνια θα λειτουργήσει και στην Ινδία (LIGO-India). Αυτό το παγκόσμιο δίκτυο ανιχνευτών θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση της βαρύτητας, αλλά και να καταγράψουμε την ιστορία του σύμπαντος, με την ελπίδα να επιλυθεί κάποτε το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας. Σε αυτό, μελλοντικά, θα συνδράμει και ο διαστημικός ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων LISA, που είναι μια αποστολή της ESA και της NASA, στην οποία συμμετέχει η ερευνητική μου ομάδα στο ΑΠΘ», τονίζει ο καθηγητής.
Εδώ και πολλά χρόνια, οι ανακαλύψεις στον μικρόκοσμο και στον μακρόκοσμο είναι ομαδική δουλειά, στην οποία συμμετέχουν και Ελληνες ερευνητές σε ξένα πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα. Για τη χθεσινή ανακάλυψη εργάστηκαν, μεταξύ άλλων, οι Βίκυ Καλογερά (Northwestern), Κατερίνα Χατζηιωάννου (Caltech), Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (MIT), Μιχάλης Αγαθός (Cambridge) Μιχάλης Αγαθός (Cambridge), Μαίρη Σακελλαριάδου (King’s College), Χάρης Μαρκάκης (Queen Mary) και, βέβαια, ο Σταύρος Κατσανέβας, ο πρόεδρος του European Gravitational Observatory, που λειτουργεί τον ανιχνευτή «Advanced Virgo». Στη νέα ομάδα του «Virgo» συμμετέχουν, εκτός από τον κ. Στεργιούλα, οι καθηγητές Γ. Παππάς και Α. Τέφας από το ΑΠΘ και ο Θ. Αποστολάτος από το ΕΚΠΑ.
Η ταχύτερα αναπτυσσόμενη μαύρη τρύπα στο σύμπαν – η J2157 – είναι 34 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου και το καθημερινό γεύμα της είναι ισοδύναμο με μια μάζα σαν του ήλιου μας, σύμφωνα με μια νέα μελέτη.
Αυτή η τεράστια, πεινασμένη μαύρη τρύπα εντοπίστηκε για πρώτη φορά και μελετήθηκε από ερευνητές τον Μάιο του 2018. Προηγουμένως, πίστευαν ότι καταναλώνει τη μάζα που ισοδυναμεί με τον ήλιο μας κάθε δύο ημέρες. Τώρα, έχουν καλύτερη κατανόηση αυτής της τεράστιας τρύπας και της λαιμαργικής συμπεριφοράς της.
Η μαύρη τρύπα είναι γνωστή ως J2157 και απέχει πάνω από 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός στο μακρινό σύμπαν. Οι αστρονόμοι προσπαθούν να καταλάβουν πώς αυτές οι τεράστιες μαύρες τρύπες μπορούσαν να εξελιχθούν κατά τις πρώτες μέρες του σύμπαντος. Οι ερευνητές συνεχίζουν να αναζητούν πιο μεγάλες μαύρες τρύπες όπως αυτή για να καταλάβουν πώς έχουν αναπτυχθεί.
“Είναι η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που βρήκαμε σε αυτήν την πρώιμη περίοδο του Σύμπαντος”, δήλωσε ο Christopher Onken, επικεφαλής της μελέτης και ερευνητής στη Σχολή Αστρονομίας και Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου της Αυστραλίας. “Το βλέπουμε σε μια εποχή που το σύμπαν ήταν μόλις 1,2 δισεκατομμυρίων ετών, λιγότερο από το 10% της τρέχουσας ηλικίας του.”
“Η μάζα της μαύρης τρύπας είναι περίπου 8.000 φορές μεγαλύτερη από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας”, λέει ο Onken. “Εάν η μαύρη τρύπα του Γαλαξία ήθελε να μεγαλώσει σε αυτή την μάζα, θα πρέπει να καταπιεί τα δύο τρίτα όλων των αστεριών του Γαλαξία μας.”
Το τηλεσκόπιο SkyMapper στο Παρατηρητήριο Siding Spring στην Αυστραλία μπόρεσε να εντοπίσει αυτή τη μαύρη τρύπα στο σχεδόν υπέρυθρο φως αφού αυτό ταξίδεψε δισεκατομμύρια έτη φωτός για να φτάσει στη Γη.
Τέρας της φύσης
Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν για πρώτη φορά τη μαύρη τρύπα J2157 λόγω της φωτεινότητάς της στο υπεριώδες φως. Ενώ το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από τις μαύρες τρύπες, αυτή η μαύρη τρύπα εκπέμπει ακτίνες Χ και υπεριώδες φως που δημιουργούνται λόγω της τεράστιας όρεξής του.
Οι αστρονόμοι έχουν επίσης ορίσει αυτή τη συγκεκριμένη μαύρη τρύπα ως το κέντρο ενός πολύ φωτεινού κβάζαρ. Το κβάζαρ είναι ένας πολύ λαμπρός ενεργός γαλαξιακός πυρήνας, που εμφανίζεται στο ορατό φως ως σημειακή πηγή (σαν άστρο), ενώ αυτό που βλέπουμε ως κβάζαρ είναι μία σχετικώς πυκνή άλως υλικού που περιβάλλει την κεντρική μαύρη τρύπα μεγάλης μάζας στο κέντρο του γαλαξία αυτού. Εκπέμπουν δε τόση ενέργεια στους αέριους δίσκους τους που εμφανίζονται σαν αστέρια μέσα από τα τηλεσκόπια.
Το ότι είναι ορατοί σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός σημαίνει ότι η ενέργεια που εκπέμπουν ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υπερβαίνει την αντίστοιχη κάθε άλλου σώματος, και μπορεί να ισοδυναμεί με την ενέργεια εκατοντάδων συνηθισμένων γαλαξιών μαζί, ή περίπου 1 τρισεκατομμύριο φορές την ενέργεια που εκπέμπει ο Ήλιος στο ορατό φως.
“Αυτή η μαύρη τρύπα αναπτύσσεται τόσο γρήγορα που λάμπει χιλιάδες φορές πιο φωτεινά από έναν ολόκληρο γαλαξία, λόγω όλων των αερίων που απορροφά καθημερινά και τα οποία προκαλούν πολλή τριβή κατά την κίνηση τους και θερμότητα”, δήλωσε ο Christian Wolf, συγγραφέας και αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας.
“Αν είχαμε αυτό το τέρας να κάθεται στο κέντρο του Γαλαξία μας, θα φαινόταν 10 φορές πιο φωτεινό από την πανσέληνο. Θα εμφανιζόταν ως ένα απίστευτα λαμπερό αστέρι που θα εξαφάνιζε σχεδόν όλο το φως των άστρων στον ουρανό Είναι πιθανό να καταστούσε αδύνατη τη ζωή στη Γη με τις τεράστιες ποσότητες ακτίνων Χ που προέρχονται από αυτήν. ”
Η νέα μελέτη παρακολούθησε τη μαύρη τρύπα χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή για να μετρήσει τη μάζα του.
«Γνωρίζαμε ότι βρισκόμασταν σε μια τεράστια μαύρη τρύπα όταν συνειδητοποιήσαμε τον ταχύ ρυθμό ανάπτυξης», δήλωσε ο Fuyan Bian, αστρονόμος στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο.
“Το πόσες μαύρες τρύπες μπορούν να καταπιούν εξαρτάται από το πόσο μάζα έχουν ήδη. Έτσι, για να καταβροχθίσει αυτή την ύλη με τόσο υψηλό ρυθμό, πιστεύαμε ότι θα μπορούσε να γίνει νέος κάτοχος ενός ρεκόρ. Και τώρα ξέρουμε.”
Περαιτέρω μελέτη και παρατήρηση αυτής της μαύρης τρύπας θα ρίξει επίσης φως στον γαλαξία που τον φιλοξενεί, ο οποίος μπορεί να αποκαλύψει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πρώιμο σύμπαν και το πώς οι τεράστιες μαύρες τρύπες εξελίχθηκαν νωρίς.
“Με μια τέτοια τεράστια μαύρη τρύπα, είμαστε επίσης ενθουσιασμένοι που μπορούμε να μάθουμε και για τον γαλαξία στον οποίο αναπτύσσεται”, δήλωσε ο Onken. “Είναι αυτός ο γαλαξίας ένας από τα μεγαθήρια του πρώιμου Σύμπαντος, ή μήπως η μαύρη τρύπα καταπίνει απίστευτα το περιβάλλον της; Θα πρέπει να συνεχίσουμε να σκάβουμε για να το καταλάβουμε.”
Η συζήτηση που έγινε το περασμένο έτος με αφορμή την πρώτη, ιστορική φωτογραφία μαύρης τρύπας στο Διάστημα είχε ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο: ότι επιβεβαιώθηκε για ακόμη μία φορά η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας που ο Αϊνστάιν διατύπωσε το 1915. Έτσι είναι. Όμως μέσα σε όλη αυτή τη φασαρία ξεχάσαμε ένα όνομα: αυτό του Karl Schwartzild.
Το 1916, όταν o χαρισματικός Καρλ Σβάρτσιλντ προέβλεψε την ύπαρξη μαύρων τρυπών, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε τέτοιο ενδεχόμενο, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία.
Ήταν με τις δικές του εξισώσεις που ο Αυστριακός αστροφυσικός (σημαντικό όνομα στον καιρό του), στην ουσία, υπέδειξε στον Αϊνστάιν ότι, με βάση τους νόμους της δικής του θεωρίας, η κατάρρευση ενός άστρου μεγάλης μάζας πρέπει λογικά να οδηγεί σε μια τερατωδία: σε ένα αδιανόητα μικροσκοπικό σημείο άπειρης πυκνότητας, σε κάτι δηλαδή σαν ρωγμή στην υφή του χωροχρόνου, από τις ασύλληπτες βαρυτικές δυνάμεις της οποίας ούτε και αυτό το φως δεν θα μπορούσε να ξεφύγει – με άλλα λόγια, σε αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως «μαύρη τρύπα». Την περίπτωση του Σβάρτσιλντ αφηγείται ο αστροφυσικός Κιπ Θορν (νομπελίστας το 2017 για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων έπειτα από σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών) στο δίτομο «Μαύρες τρύπες και στρεβλώσεις του χρόνου. Η προκλητική κληρονομιά του Αϊνστάιν» (εκδ. Κάτοπτρο, 1999).
Ο Σβάρτσιλντ υπηρετούσε στο ρωσικό μέτωπο όταν έπεσε στα χέρια του το τεύχος των Πρακτικών της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της 25ης Νοεμβρίου του 1915, όπου και δημοσιευόταν η εργασία του Αϊνστάιν για τη Γενική Σχετικότητα. Οπως γράφει ο Θορν, «πολύ σύντομα επιχείρησε να ανακαλύψει τις προβλέψεις των νέων βαρυτικών νόμων του Αϊνστάιν για τα άστρα. (…) Ο υπολογισμός του ήταν κομψός και η γεωμετρία του καμπυλωμένου χωροχρόνου που προέβλεπε, η “Γεωμετρία Σβάρτσιλντ” όπως έγινε σύντομα γνωστή, έμελλε να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τις αντιλήψεις μας για τη βαρύτητα και το σύμπαν».
Η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» προέβλεπε ότι για κάθε άστρο υπάρχει μια κρίσιμη περίμετρος, η οποία εξαρτάται από τη μάζα του: αυτό που παραξένεψε τον ίδιο τον Αϊνστάιν αλλά και ολόκληρη τη διεθνή κοινότητα των αστροφυσικών από το 1920 έως και το 1960, ήταν η πρόβλεψη για ένα άστρο με περίμετρο ακριβώς ίση με την κρίσιμη: σε αυτό, ο χώρος στη γειτονιά αυτού του άστρου είναι έντονα καμπυλωμένος και η διαστολή του χρόνου στην επιφάνειά του γίνεται άπειρη, δηλαδή ο χρόνος δεν κυλάει καθόλου, «παγώνει». Κατά συνέπεια, το φως «παγιδεύεται», το μήκος κύματός του γίνεται και αυτό άπειρο, άρα το άστρο πλέον πρέπει να φαίνεται απολύτως σκοτεινό.
Ο Σβάρτσιλντ απέστειλε στον Αϊνστάιν δύο εργασίες του βασισμένες στη δική του θεωρία. Ηταν στη δεύτερη όπου αναπτυσσόταν ο ακριβής υπολογισμός της καμπυλότητας του χωροχρόνου στο εσωτερικό του άστρου και ο Αϊνστάιν τη διάβασε στη Πρωσική Ακαδημία Επιστημών, στο Βερολίνο στις αρχές του 1916. Αλίμονο, την επόμενη φορά που ο Αϊνστάιν θα μιλούσε για τον Σβάρτσιλντ στην Πρωσική Ακαδημία θα ήταν για να ανακοινώσει τον θάνατό του στο ρωσικό μέτωπο από μεταδοτική ασθένεια.
Ομως, και πάλι, ο Σβάρτσιλντ δεν ήταν ο πρώτος που προέβλεψε κάτι τέτοιο. Ο Βρετανός φυσικός, φιλόσοφος Τζον Μίτσελ, το μακρινό 1783, έκανε λόγο για ετοιμοθάνατα άστρα με «κρίσιμη περίμετρο» που θα πρέπει λογικά να απορροφούν το φως και να εμφανίζονται σκοτεινά.
Δεκατρία χρόνια μετά, το 1796, ο Γάλλος φυσικός φιλόσοφος Πιερ-Σιμόν Λαπλάς έκανε ευρέως γνωστή την ίδια πρόβλεψη στο περίφημο έργο του «Το σύστημα του κόσμου». Αυτά σε μια εποχή όπου το φως εκλαμβάνεται ως συλλογή από σωματίδια. Ωστόσο, η ανακάλυψη της συμβολής του φωτός ως κύμα, υποχρέωσε τον Λαπλάς να παραλείψει τα περί «σκοτεινών άστρων» από τις κατοπινές εκδόσεις του «Συστήματος του κόσμου».
Στα τέλη της δεκαετίας του 1930 η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» ήταν πια γνωστή ως «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ», ακριβώς επειδή αυτό που συμβαίνει με τις μαύρες τρύπες είναι μια ανωμαλία. Η «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ» επανήλθε στο προσκήνιο με μια εργασία του Ρόμπερτ Οπενχάιμερ το 1939, η οποία συζητήθηκε έντονα αλλά οποιαδήποτε περαιτέρω συζήτηση εγκαταλείφθηκε εξαιτίας του πολέμου. Η αστροφυσική έδωσε τη θέση της στην πυρηνική φυσική για πολεμικούς σκοπούς με τα γνωστά αποτελέσματα. Ουσιαστικά, όλοι οι μεγάλοι επιστήμονες της Αμερικής που ασχολήθηκαν με αυτό που αργότερα έγινε γνωστό ως «μαύρες τρύπες», συμμετείχαν στα μεγάλα αμερικανικά ατομικά προγράμματα.
Θα χρειαστεί να φτάσουμε στο 1967, όταν σε μια σχετική διάλεξη του κορυφαίου Αμερικανού φυσικού Τζον Αρτσιμπαλντ Ουίλερ, μπροστά στη δυσφορία του καθηγητή του σχετικά με το πώς πρέπει να ονομαστούν αυτές οι «αστρικές ανωμαλίες», ένας φοιτητής πέταξε: «Γιατί όχι μαύρες τρύπες;» Αυτό ήταν. Επρόκειτο για μια πολύ ελκυστική ονομασία που θα ζήλευε ένας καλός διαφημιστής.
Πίσω όμως στο 1916, όταν o χαρισματικός Σβάρτσιλντ ουσιαστικά προέβλεψε τη μαθηματική ύπαρξή τους, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε ενδεχόμενο πραγματικής ύπαρξής τους, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία. Τώρα πια ξέρουμε ότι εδώ ο Αϊνστάιν έκανε λάθος και ότι η φύση είναι πολύ πιο αλλόκοτη και από την πιο τρελή φαντασία.
Έχετε καταφέρει να ταξιδέψετε δεκάδες χιλιάδες έτη φωτός πέρα από το ηλιακό σύστημα και ανυπομονείτε να κοιτάξετε στα βάθη των μεγάλων διαστρικών κενών. Έχετε παρακολουθήσει μερικά από τα πιο όμορφα και εξωφρενικά ισχυρά γεγονότα του σύμπαντος, από τις γεννήσεις νέων ηλιακών συστημάτων μέχρι τους κατακλυσμικούς θανάτους τεράστιων αστεριών. Και τώρα για το κύκνειο άσμα σας, πρόκειται να κάνετε κάτι μεγάλο: είστε έτοιμος να βουτήξετε στο πιο σκοτεινό μαύρο του Κόσμου, σε μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα και να δείτε τι βρίσκεται στην άλλη πλευρά αυτού του αινιγματικού ορίζοντα γεγονότων. Τι θα βρείτε μέσα; Διαβάστε γενναίοι εξερευνητές.
Μια προσομοιωμένη εικόνα μιας μαύρης τρύπας
Σχεδόν κοντά στο τέρας
Πρώτον, πρέπει να ξεκαθαρίσουμε ορισμένα πράγματα. Υπάρχουν πολλά είδη μαύρων οπών: μερικές τεράστιες, μερικές μικρές, μερικές με ηλεκτρικά φορτία, μερικές χωρίς, και μερικές με γρήγορη περιστροφή και άλλων ιδιοτήτων. Για τους σκοπούς αυτής της περιπέτειας σε αυτή τη συγκεκριμένη ιστορία, θα παραμείνω στο απλούστερο δυνατό σενάριο: μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και καμία περιστροφή. Φυσικά αυτό είναι σίγουρα μη ρεαλιστικό, αλλά εξακολουθεί να είναι μια διασκεδαστική ιστορία με άφθονη ψυχρή φυσική.
Από μακριά η μαύρη τρύπα είναι εκπληκτικά ήπια. Φαίνεται απλώς σαν ένα τεράστιο αντικείμενο, σχεδόν σαν οποιοδήποτε άλλο τεράστιο αντικείμενο. Η βαρύτητα είναι η βαρύτητα και η μάζα είναι μάζα – μια μαύρη τρύπα με τη μάζα της θα σας τραβήξει ακριβώς όπως ο ίδιος ο ήλιος. Το μόνο που λείπει είναι η υπέροχη θερμότητα και το φως και η ζεστασιά και η ακτινοβολία του. Αλλά αν νομίζετε ότι μπορείτε να περιφέρεστε γύρω της σε τροχιά σε μια ασφαλή απόσταση, σίγουρα θα μπορούσατε.
Αλλά γιατί ενοχλείστε να στρέφεστε γύρω της όταν μπορείτε να πάτε πιο μακριά;
Η ίδια η μαύρη τρύπα είναι μια ιδιαιτερότητα, ένα σημείο άπειρης πυκνότητας. Αλλά δεν μπορείτε να δείτε την ίδια την ιδιαιτερότητα. Περιβάλλεται από τον ορίζοντα γεγονότων , αυτό που γενικά και με σύνεση θεωρούμε την “επιφάνεια” της μαύρης τρύπας. Για να πάτε πιο πέρα, πρέπει πρώτα να τρυπήσετε αυτό το πέπλο.
Πέρα από τον ορίζοντα
Ο ορίζοντας συμβάντων ή γεγονότων δεν είναι ένα πραγματικό, φυσικό όριο. Δεν είναι μεμβράνη ή επιφάνεια. Απλά ορίζεται ως μια συγκεκριμένη απόσταση από την ιδιαιτερότητα, την απόσταση όπου αν πέσετε κάτω από αυτό το όριο, δεν μπορείτε να βγείτε. Καμιά διέξοδος.
Είναι η απόσταση από την ιδιαιτερότητα, όπου η βαρυτική έλξη είναι τόσο ακραία ώστε τίποτα, ούτε και το ίδιο το φως, μπορεί να ξεφύγει από τη μήνι της μαύρης τρύπας. Εάν επρόκειτο να πέσετε κάτω από αυτό το όριο και αποφασίσατε ότι μπορούσατε να εξερευνήσετε τη μαύρη τρύπα, τότε κάνατε πάρα πολύ άσχημα. Όσες ρουκέτες και πυραύλους βάλετε για να ξεφύγετε δεν θα βρεθείτε μακρύτερα από την ιδιαιτερότητα. Είστε παγιδευμένοι. Καταδικασμένοι.
Αλλά όχι αμέσως. Έχετε λίγες στιγμές για να απολαύσετε την εμπειρία πριν συναντήσετε την αναπόφευκτη τελική κατάστασή σας, αν η “απόλαυση” είναι η σωστή λέξη. Ο χρόνος που χρειάζεται για να φτάσεις στην ιδιαιτερότητα εξαρτάται από τη μάζα της μαύρης τρύπας. Για μια μικρή μαύρη τρύπα (μερικές φορές η μάζα του ήλιου μετράει ως “μικρή”), δεν μπορείτε καν να ανοιγοκλείσετε το μάτι σας. Για μια γιγαντιαία, τουλάχιστον ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο μας, έχετε χρόνο όσο διαρκούν λίγοι καρδιακοί παλμοί για να ζήσετε αυτή τη μυστηριώδη γωνιά του σύμπαντος.
Αλλά θα φτάσετε στην ιδιαιτερότητα. Δεν έχετε επιλογή. Μέσα στον ορίζοντα συμβάντων, τίποτα δεν μπορεί να παραμείνει ακίνητο. Είστε αναγκασμένοι να κινηθείτε για πάντα. Και η ιδιαιτερότητα βρίσκεται μπροστά σας σε όλα τα δυνατά σας μέλλοντα.
Έξω από τον ορίζοντα συμβάντος της μαύρης τρύπας, μπορείτε να κινηθείτε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στο χώρο που σας αρέσει. Πάνω. Αριστερά. Η επιλογή είναι δική σου. Αλλά δεν έχει σημασία τι κάνετε (ή όχι) στο χώρο, πρέπει πάντα να ταξιδέψετε στο μέλλον σας. Απλά δεν μπορείτε να του ξεφύγετε.
Μέσα στον ορίζοντα συμβάντος μιας μαύρης τρύπας, αυτή η κοινή κατανόηση καταρρέει. Εδώ, ένα μόνο σημείο – η ιδιαιτερότητα – βρίσκεται στο μέλλον σας. Απλά πρέπει να ταξιδέψετε προς την ιδιαιτερότητα. Στρίψτε αριστερά, γυρίστε, γυρίστε, δεν έχει σημασία – η ιδιαιτερότητα παραμένει πάντα μπροστά σας. Και θα χτυπήσετε εκείνη την ιδιαιτερότητα σε ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα.
Ένα ραντεβού με άπειρο
Καθώς πέφτατε προς την ιδιαιτερότητα , δεν είστε καλυμμένοι με μαύρο χρώμα. Το φως από το περιβάλλον σύμπαν πέφτει με σας και συνεχίζει να πέφτει μετά από σας. Λόγω της ακραίας βαρύτητας, αυτό το φως μετατοπίζεται σε υψηλότερες συχνότητες και εξαιτίας της διαστολής του χρόνου, το εξωτερικό σύμπαν φαίνεται να επιταχύνεται, αλλά είναι ακόμα εκεί.
Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι παράξενο.
Επειδή όλη η μάζα της μαύρης τρύπας συγκεντρώνεται σε ένα απείρως μικρό σημείο, οι διαφορές στη βαρύτητα πάνω στο σώμα σας είναι ακραίες. Είστε τεντωμένοι από το κεφάλι μέχρι τα πόδια με μια διαδικασία που εύστοχα ονομάζεται ως σπαγγετοποίηση (spaghettification). Και επιπλέον, είστε συμπιεσμένοι στο μέσον σας. Αυτή η συμπίεση λειτουργεί στις δέσμες φωτός που σας περιβάλλουν, συγκεντρώνοντας το φως που πέφτει σε μια φωτεινή μπάντα γύρω από τη μέση σας.
Η εικόνα σας για την ιδιαιτερότητα γίνεται γκροτέσκο και παραμορφώνεται επίσης. Είναι μαύρη – δεν την βλέπετε, γιατί βρίσκεται στο μέλλον σας και όπως και το μέλλον σας δεν ξέρετε με τι μοιάζει μέχρι να φτάσετε εκεί. Αλλά αντί να εμφανίζεται ως ένα μικροσκοπικό σημείο, οι τεράστιες διαφορές βαρυτικές διαφορές τεντώνουν αυτό το σημείο για να κατακλύσουν το μεγαλύτερο μέρος της εικόνα σας.
Καθώς πλησιάζετε την ιδιαιτερότητα, φαίνεται σαν να προσγειώνεστε στην επιφάνεια ενός τεράστιου, άχαρου, άδειου, μαύρου πλανήτη.
Όταν η ιδιαιτερότητα τεντώνεται εντελώς από ορίζοντα σε ορίζοντα, τότε την έχετε δει.
Και τι βρίσκεις εκεί; Δεν ξέρουμε. Θα ήταν ωραίο αν μπορούσατε να μας πείτε, αλλά, όπως είπαμε, τίποτα δεν διαφεύγει από μια μαύρη τρύπα, συμπεριλαμβανομένου και εσάς.
