Η συσχέτιση μεταξύ ραδιοκυμάτων και ακτίνων Χ στα ζεύγη με μαύρη τρύπα

Από τη γέννησή τους, τα περισσότερα αστέρια του Γαλαξία μας είναι σε ζεύγη. Ο Ήλιος μας αποτελεί εξαίρεση. Το αστέρι στο ζεύγος με τη μεγαλύτερη μάζα εξελίσσεται πιο γρήγορα από τον συνοδό του και τελειώνει τη φωτεινή ζωή του ως ένα συμπαγές αντικείμενο: Λευκό νάνο, αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα. Στην τελευταία περίπτωση δημιουργείται ένα ζεύγος με μαύρη τρύπα (ΖμΜΤ). Καθώς το κανονικό αστέρι σε ένα τέτοιο ζεύγος συνεχίζει την εξέλιξή του, ύλη διαφεύγει από τα εξωτερικά στρώματά του και έλκεται από την μαύρη τρύπα. Λόγω του ότι η στροφορμή του συστήματος διατηρείται, αυτή η προσπίπτουσα μάζα σχηματίζει έναν δίσκο γύρω από την μαύρη τρύπα, που λέγεται δίσκος συσσώρευσης. Το εσωτερικό μέρος αυτού του δίσκου (που λέγεται θερμή εσωτερική ροή) έχει υψηλή θερμοκρασία (της τάξεως των μερικών εκατομμυρίων βαθμών Kelvin) και θα μπορούσε, κατ’ αρχήν, να είναι η πηγή των παρατηρούμενων ακτίνων Χ.

Αφελώς σκεπτόμενος κανείς, και λόγω του ότι οι μαύρες τρύπες απορροφούν τα πάντα, θα μπορούσε να περιμένει όλη τη μάζα του δίσκου συσσώρευσης να πέσει μέσα στη μαύρη τρύπα λόγω τριβής, όπως γίνεται με τους τεχνητούς δορυφόρους γύρω από τη Γη. Όμως, αυτό που πραγματικά συμβαίνει είναι ότι ένα σημαντικό μέρος της προσπίπτουσας ύλης εκτινάσσεται υπό μορφή ενός στενού πίδακα ή μιας φαρδιάς εκροής ή και τα δυο. Αυτός ο πίδακας ή/και η εκροή γίνεται αντιληπτή από τα ραδιοκύματα που εκπέμπει.

Είναι γνωστό, για περίπου 20 χρόνια τώρα, ότι η παρατηρούμενη φωτεινότητα ραδιοκυμάτων από ένα ΖμΜΤ συσχετίζεται πολύ καλά με την παρατηρούμενη φωτεινότητα ακτίνων Χ από αυτό (δείτε τη συνεχή μαύρη γραμμή στη Εικόνα 1. Η μαθηματική έκφραση της συσχέτισης αυτής φαίνεται στην πάνω αριστερή γωνία της Εικόνας). Το γεγονός αυτό αποτελούσε γρίφο για την επιστημονική κοινότητα, διότι οι ακτίνες Χ αναμένεται να εκπέμπονται από τη θερμή εσωτερική ροή, τα ραδιοκύματα από την εκροή ύλης, αλλά οι δυο περιοχές «δεν μιλάνε μεταξύ τους». Μια δυνατότητα, που συζητήθηκε εκτενώς στην κοινότητα, είναι ότι η εκροή και η θερμή εσωτερική ροή τροφοδοτούνται από τον συνοδό αστέρα και αυτό συσχετίζει τις εκπομπές τους. Όταν ρωτήθηκε γι’ αυτό ο καθηγητής Κυλάφης είπε: «Αν εσείς κι εγώ βάζομε καύσιμα στα αυτοκίνητά μας από το ίδιο πρατήριο, αυτό μας συσχετίζει; Προφανώς όχι».

Η Ομάδα της Κρήτης, αποτελούμενη από τους Νίκο Κυλάφη, Pablo Reig και Αλέξανδρο Τσούρο, ακολούθησε τη διαίσθησή της και πρότεινε ότι, για να είναι συσχετισμένες οι εκπομπές ακτίνων Χ και ραδιοκυμάτων στα ΖμΜΤ, οι δυο εκπομπές πρέπει να γίνονται στη ίδια περιοχή. Όχι ότι αυτό αποτελεί εγγύηση, αλλά τουλάχιστον σε τέτοια περίπτωση υπάρχει πιθανότητα συσχέτισης. Έτσι, έκαναν την ευλογοφανή υπόθεση ότι τόσο τα ραδιοκύματα όσο και οι ακτίνες Χ προέρχονται από τη εκροή ύλης και αναπαρήγαγαν ποσοτικά την παρατηρούμενη συσχέτιση (δείτε τις μπλε κουκίδες στην Εικόνα 1, που είναι τα αποτελέσματα του προταθέντος μοντέλου).

Επειδή κανένα μοντέλο δεν πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά, εκτός αν κάνει προβλέψεις που μπορούν να ελεγχθούν, οι κόκκινες κουκίδες στην Εικόνα 1 είναι προβλέψεις του μοντέλου. Το μοντέλο προβλέπει ότι σε μεγάλη φωτεινότητα (τόσο στα ραδιοκύματα όσο και στις ακτίνες Χ) η συσχέτιση που δίνεται από τη μαύρη γραμμή θα αλλάξει (δείτε το πάνω δεξί μέρος της Εικόνας 1) και αντ’ αυτής η φωτεινότητα των ραδιοκυμάτων πρώτα θα αυξηθεί απότομα και μετά θα μειωθεί επίσης απότομα ενώ η φωτεινότητα των ακτίνων Χ θα αυξηθεί πολύ λίγο (δείτε τις κόκκινες κουκίδες στη Εικόνα 1). Αυτή η απότομη αύξηση και ελάττωση των ραδιοκυμάτων συμβαίνει σε περίπου πέντε ημέρες και κανένα ΖμΜΤ δεν έχει ανιχνευτεί σ’ αυτή την κατάσταση μέχρι σήμερα, διότι παρατηρήσεις σε μια συγκεκριμένη πηγή ΖμΜΤ γίνονται τυπικά μια φορά τον μήνα ή στην καλύτερη των περιπτώσεων μια φορά την εβδομάδα. Τα ραδιοτηλεσκόπια και τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ πρέπει να παρακολουθούν μεγάλο αριθμό πηγών όλων των ειδών. Έτσι, για να επαληθευτεί ή να απορριφθεί η θεωρητική πρόβλεψη, απαιτούνται καθημερινές παρατηρήσεις. Τέτοιες παρατηρήσεις έχουν ήδη σχεδιαστεί.

Άρθρο: N.D. Kylafis, P. Reig, A. Tzouros, "A quantitative explanation of the radio – X-ray correlation in black-hole X-ray binaries", 2023, A&A, 679, A81