Πώς μια μαύρη τρύπα δημιουργεί έναν πίδακα

Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων παρατήρησε για πρώτη φορά στην ίδια εικόνα τόσο τη σκιά μιας μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία Messier 87 (M87) όσο και τον ισχυρό πίδακα που εκτοξεύεται από αυτήν. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει νέα εικόνα για το πώς οι μαύρες τρύπες μπορούν να παράγουν ισχυρούς σχετικιστικούς πίδακες. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι παρούσες στους περισσότερους γαλαξίες, και ενώ συνήθως απορροφούν ύλη στη γειτονιά τους, μπορούν επίσης να εκτοξεύσουν ισχυρούς πίδακες ύλης που εκτείνονται πέρα από τον γαλαξία. Ο μηχανισμός παραγωγής αυτών των πιδάκων έχει προβληματίσει επί μακρόν τους αστρονόμους. 

Η εικόνα από το GMVA+ALMA της κεντρικής περιοχής της μαύρης τρύπας στο Messier 87 που ελήφθη στις 14-15 Απριλίου 2018 σε μήκος κύματος 3,5 mm. Η μεγάλη εικόνα απεικονίζει τον πίδακα και τον κεντρικό δακτύλιο, όπως ανακατασκευάστηκαν με την τυπική μέθοδο CLEAN. Το ένθετο δείχνει μια μεγέθυνση της εσωτερικής περιοχής που ελήφθη με τη μέθοδο υπερ-ανάλυσης SMILI, αποκαλύπτοντας το σχήμα του δακτυλίου με διάμετρο 64 μικροδευτερολέπτων, που αντιστοιχεί σε 8,4 ακτίνες Schwarzschild. 

H Carolina Casadio, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής, η οποία συμμετείχε στη δημοσίευση, επισημαίνει ότι "ο μηχανισμός εκτόξευσης σχετικιστικών πιδάκων από τις αδηφάγες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες βρίσκονται στο κέντρο των ενεργών γαλαξιών, παραμένει ένα μυστήριο". "Η νέα εικόνα του M87", εξηγεί ο Δρ Casadio, "προσφέρει ένα σημαντικό νέο στοιχείο για την επίλυση αυτού του μυστηρίου, αποκαλύπτοντας τη σύνδεση μεταξύ του πίδακα και της περιοχής εκπομπής που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα".

Η νέα εικόνα παρουσίαζει (δεξιά) μια πανοραμική άποψη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου, δείχνοντας πώς η βάση ενός πίδακα συνδέεται με την ύλη που στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα βρίσκεται στον γαλαξία M87, ο οποίος απέχει 55 εκατομμύρια έτη φωτός. Η ύλη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα καταπίνεται μέσω της συσσώρευσης και η νέα εικόνα παρέχει μια σαφέστερη κατανόηση των φυσικών διεργασιών κοντά στη μαύρη τρύπα.

Ru-Sen Lu, κύριος συγγραφέας της μελέτης και επικεφαλής μιας ερευνητικής ομάδας του Max Planck στο Shanghai Astronomical Observatory της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, είναι ενθουσιασμένος από την τελευταία εικόνα της μαύρης τρύπας και του πίδακά της. "Προηγουμένως, είχαμε δει τόσο την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα όσο και τον πίδακα μακριά από αυτήν σε ξεχωριστές εικόνες, αλλά τώρα με τη νέα εικόνα έχουμε πάρει μια πανοραμική εικόνα της μαύρης τρύπας μαζί με τον πίδακά της σε μια νέα ζώνη παρατήρησης". Η ύλη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα καταπίνεται από μια διαδικασία που ονομάζεται συσσώρευση. Κανείς όμως δεν έχει απεικονίσει ποτέ αυτή τη ροή προσαύξησης απευθείας. "Ο μεγαλύτερος και παχύτερος δακτύλιος που βλέπουμε τώρα δείχνει ότι η ύλη που πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα συμβάλλει σημαντικά στην παρατηρούμενη εκπομπή στη νέα εικόνα, γεγονός που μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα τις φυσικές διεργασίες κοντά στη μαύρη τρύπα", προσθέτει ο Δρ Lu. 

Οι παρατηρήσεις έγιναν το 2018 με τρεις διαφορετικές ομάδες τηλεσκοπίων: Το GMVA που βρίσκεται στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική, το ALMA στην έρημο Ατακάμα της Χιλής και το GLT στη Γροιλανδία. Η συμμετοχή του ALMA στις παρατηρήσεις του GMVA αύξησε σημαντικά την ευαισθησία ανίχνευσης και απεικόνισης των ραδιοεκπομπών από τον M87, παρέχοντας μια σαφέστερη κατανόηση της δομής της μαύρης τρύπας. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις με ένα δίκτυο τηλεσκοπίων κατανεμημένων σε όλο τον κόσμο θα συνεχίσουν να αποκαλύπτουν πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες παράγουν ισχυρούς πίδακες.

Άρθρο: R. Lu (including C. Casadio) et al. "A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet", Nature, Vol. 616, pages 686–690 (2023)