Τι εξουσιοδοτεί τους ισχυρούς πίδακες μιας μαύρης τρύπας;
Οι μαύρες τρύπες έχουν τη φήμη ότι καταβροχθίζουν τα πάντα στο πέρασμά τους. Αλλά σε μερικούς από αυτούς αρέσει να δίνουν αλλά και να λαμβάνουν. Ένα μικρό κλάσμα υπερμεγέθων μαύρων τρυπών - οι τεράστιες που κρύβονται στα κέντρα των γαλαξιών - εκτοξεύουν πίδακες σωματιδίων με ταχύτητα φωτός καθώς τρώνε τσιμπολόγημα. Μια νέα έρευνα σε περισσότερα από 200 από αυτά τα κοσμικά θηρία διαπιστώνει ότι οι πίδακες είναι πολύ πιο ισχυροί από ό,τι νόμιζαν οι επιστήμονες. Οι αστρονόμοι δεν γνωρίζουν τι εξουσιοδοτεί τους πίδακες, αλλά αυτό το νέο αποτέλεσμα, λέει η ομάδα, υποστηρίζει μια προτεινόμενη εξήγηση:Οι πίδακες εκμεταλλεύονται την περιστροφική ενέργεια της ίδιας της μαύρης τρύπας.
«Είναι πολύ συναρπαστικό», λέει ο Andrew Fabian, διευθυντής του Ινστιτούτου Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Cambridge στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. "Έχει συζητηθεί πολύ αν αυτό είναι δυνατό."
Περίπου το 1% των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών έχουν έναν «δίσκο συσσώρευσης» αερίου και σκόνης που στροβιλίζεται γύρω τους. Όταν το υλικό από αυτόν τον δίσκο πέφτει προς τη μαύρη τρύπα, τα βυθιζόμενα συντρίμμια γίνονται τόσο ζεστά που λάμπουν πιο έντονα από ολόκληρο τον υπόλοιπο γαλαξία του. Μία στις 10 από αυτές τις ενεργές μαύρες τρύπες παράγει επίσης πίδακες που εκτοξεύουν σωματίδια στο 99,995% της ταχύτητας του φωτός. Οι αστροφυσικοί υποπτεύονται ότι οι δίσκοι προσαύξησης παράγουν τους πίδακες, αλλά δεν ξέρουν πώς.
Για να πάρετε μια καλύτερη ιδέα, μια ομάδα με επικεφαλής τον αστροφυσικό Gabriele Ghisellini του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής στο Merate της Ιταλίας, ερεύνησε αρχειακά δεδομένα και επέλεξε ένα δείγμα 217 φωτεινών υπερμεγέθων μαύρων οπών για τις οποίες μπόρεσαν να βρουν παρατηρήσεις ακτίνων γάμμα (που αποκαλύπτουν φωτεινότητα των πίδακα) και οπτικές παρατηρήσεις (για να ληφθεί η φωτεινότητα των δίσκων προσαύξησης). Κλειδί για την έρευνα ήταν τα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA, που εκτοξεύτηκε το 2008. "Χρειάστηκε χρόνος για να δημιουργηθεί μια συλλογή δειγμάτων με τις απαιτούμενες πληροφορίες", λέει ο Ghisellini.
Σχεδιάζοντας τη φωτεινότητα των δίσκων προσαύξησης έναντι της ισχύος των ακτίνων γάμμα των πίδακών τους, η ομάδα αναφέρει διαδικτυακά σήμερα στο Nature ότι υπάρχει σαφής γραμμική σχέση μεταξύ των δύο. Όσο πιο φωτεινός είναι ο δίσκος, τόσο πιο ισχυροί είναι οι πίδακες - εδραιώνει την ιδέα ότι οι δίσκοι προσαύξησης και οι πίδακες συνδέονται. Αλλά από την άποψη της συνολικής ισχύος που εκπέμπεται στο διάστημα, λέει ο Ghisellini, οι περισσότεροι από τους πίδακες παρήγαγαν 10 φορές περισσότερο από τους δίσκους προσαύξησής τους. "Πρέπει να υπάρχει άλλη μηχανή, όχι μόνο η βαρυτική ενέργεια [της συσσωρευόμενης ύλης που πέφτει προς τη μαύρη τρύπα]."
Η πιο δημοφιλής εξήγηση για το πώς σχηματίζονται οι πίδακες είναι ότι ο ταχέως περιστρεφόμενος δίσκος προσαύξησης, ο οποίος περιέχει φορτισμένα σωματίδια, θα παράγει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που βρίσκεται σε επαφή με τη μαύρη τρύπα. Εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται, σέρνεται στο πεδίο, τυλίγοντάς την σε έναν σφιχτό κώνο στους περιστροφικούς πόλους της μαύρης τρύπας. Είναι αυτό το στριμμένο πεδίο που επιταχύνει τα σωματίδια μακριά από τη μαύρη τρύπα ως πίδακες και, στη διαδικασία, εξάγει ενέργεια από την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Ο Ghisellini λέει ότι η διαπίστωση της ομάδας ότι οι πίδακες είναι πολύ πιο ισχυροί από τους δίσκους προσαύξησης δείχνει ότι οι δίσκοι από μόνοι τους δεν μπορούν να τροφοδοτήσουν τους πίδακες. Η περιστροφή της μαύρης τρύπας πρέπει επίσης να εμπλέκεται.
Ο Fabian λέει ότι εξακολουθεί να διατηρεί μια «μικρή επιφύλαξη» σχετικά με τον ισχυρισμό ότι τα αποτελέσματα αποδεικνύουν τον ρόλο της περιστροφής της μαύρης τρύπας. Είναι επίσης πιθανό, λέει, το μαγνητικό πεδίο να απορροφά ισχύ από τον δίσκο προσαύξησης, κάνοντάς τον να φαίνεται λιγότερο φωτεινός.
«Το επόμενο βήμα για την επιστήμη είναι να μετρήσει το σπιν μιας μαύρης τρύπας», λέει ο Ghisellini, για να δει αν ο ρυθμός περιστροφής σχετίζεται με την ισχύ του πίδακα. «Αλλά είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί». Ο Fabian λέει ότι οι ερευνητές που χρησιμοποιούν το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ NuSTAR της NASA έχουν μετρήσει τον ρυθμό περιστροφής μαύρων οπών μεγέθους αστρικών που σχηματίζονται από ένα ή λίγα αστέρια. Προκαλώντας σύγχυση, μερικές από αυτές τις μικρές περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες έχουν πίδακες και άλλες όχι. "Πρέπει να υπάρχει κάποια άλλη παράμετρος [που καθορίζει εάν μια μαύρη τρύπα έχει πίδακες], αλλά δεν ξέρουμε τι είναι αυτό", λέει ο Fabian.
Έτσι, παρόλο που πληθαίνουν τα στοιχεία ότι η περιστροφή της μαύρης τρύπας τροφοδοτεί πίδακες, οι αστροφυσικοί μπορεί να χρειαστεί να περιμένουν μέχρι να μπορέσουν να μετρήσουν την περιστροφή μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας προτού μπορέσουν να την καρφώσουν. Ο Ghisellini πιστεύει ότι το αστεροσκοπείο ακτίνων Χ της Ευρώπης Athena θα είναι σε θέση να κάνει τη δουλειά, αλλά έχει πολύ καιρό μπροστά του:η εκτόξευση του Athena έχει προγραμματιστεί για το 2028.
