Κοιμισμένες υπερ-μεγέθεις μαύρες τρύπες ξυπνούν για λίγο...

Caption Ημερ/νία Ανακοίνωσης : 

Κοιμισμένες υπερ-μεγέθεις μαύρες τρύπες ξυπνούν για λίγο από θρυμματιζόμενα αστέρια. Οι ραδιοπαρατηρήσεις των Συμπαγών Συμμετρικών Αντικειμένων (Compact Symmetric Objects - CSOs) παρέχουν ένα νέο παράθυρο για τις μαύρες τρύπες

Μια νέα έρευνα σε μια κατηγορία γαλαξιών, γνωστών ως Συμπαγή Συμμετρικά Αντικείμενα ή CSO, αποκάλυψε ότι τα αντικείμενα αυτά δεν είναι εντελώς αυτό που φαίνονται. Τα CSO είναι ενεργοί γαλαξίες που φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στους πυρήνες τους. Από αυτές τις τερατώδεις μαύρες τρύπες ξεπηδούν δύο πίδακες που ταξιδεύουν προς αντίθετες κατευθύνσεις με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Αλλά σε σύγκριση με άλλους γαλαξίες που διαθέτουν πίδακες, αυτοί οι πίδακες δεν εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις - είναι πολύ πιο συμπαγείς. Για πολλές δεκαετίες, οι αστρονόμοι υποπτεύονταν ότι οι CSO ήταν απλώς νέοι και ότι οι πίδακές τους θα ταξίδευαν τελικά σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

Readhead_2024_1
Η εικόνα αυτή, που λήφθηκε από το Very Long Baseline Array (VLBA), δείχνει δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες εμφανίζονται ως κηλίδες με κόκκινες λωρίδες. Οι μαύρες τρύπες βρίσκονται στο κέντρο ενός ελλειπτικού γαλαξία. Τα χρώματα αντιπροσωπεύουν διαφορετικές φασματικές κλίσεις στη ραδιοεκπομπή, με το κόκκινο να δείχνει τις πιο συμπαγείς περιοχές γύρω από τις μαύρες τρύπες. Η μαύρη τρύπα στα δεξιά έχει πιθανότατα πρόσφατα καταβροχθίσει ένα τεράστιο άστρο, γεγονός που την έκανε να εκτοξεύσει δύο υπερταχείς πίδακες. Τα άκρα αυτών των πιδάκων εμφανίζονται ως πράσινες κηλίδες πάνω και κάτω από τη μαύρη τρύπα. Αυτό το αντικείμενο, που ονομάζεται J0405+3803, αναφέρεται ως Συμπαγές Συμμετρικό Αντικείμενο (CSO), επειδή οι πίδακές του είναι σχετικά κοντά (ή συμπαγείς) και μικρής διάρκειας ζωής, σε σύγκριση με άλλες μαύρες τρύπες με πολύ μεγαλύτερους πίδακες.

Τώρα, σε τρεις διαφορετικές εργασίες στο Astrophysical Journal, μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον Anthony (Tony) Readhead, επίτιμο μέλος του IA-FORTH και ομότιμο καθηγητή Αστρονομίας Robinson του Caltech, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι CSOs δεν είναι νέοι, αλλά έχουν σχετικά σύντομη ζωή.

"Αυτοί οι CSO δεν είναι νέοι", εξηγεί ο Readhead. "Δεν θα λέγατε έναν 12χρονο σκύλο νέο, παρόλο που έχει ζήσει μικρότερη ζωή από έναν ενήλικα άνθρωπο. Αυτά τα αντικείμενα είναι ένα ξεχωριστό είδος από μόνα τους που ζουν και πεθαίνουν μέσα σε χιλιάδες χρόνια αντί για τα εκατομμύρια χρόνια που είναι συνηθισμένα στους γαλαξίες με μεγαλύτερους πίδακες”.

Readhead_2024_2
Αυτή η εικόνα, που λήφθηκε από το Very Long Baseline Array (VLBA), δείχνει το Συμπαγές Συμμετρικό Αντικείμενο (CSO) γνωστό ως J1734+0926. Οι κόκκινες κηλίδες είναι τα άκρα ενός ισχυρού διπολικού πίδακα που προέρχεται από μια αόρατη μαύρη τρύπα.

Στις νέες μελέτες, η ομάδα εξέτασε τη βιβλιογραφία και παλαιότερες παρατηρήσεις περισσότερων από 3.000 υποψήφιων CSO, επαληθεύοντας 64 ως πραγματικές και εντοπίζοντας επιπλέον 15 CSO. Όλα αυτά τα αντικείμενα είχαν παρατηρηθεί προηγουμένως από το Very Long Baseline Array (VLBA) του Εθνικού Παρατηρητηρίου Ραδιοαστρονομίας, το οποίο χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF), και ορισμένα είχαν παρατηρηθεί από άλλα ραδιοτηλεσκόπια υψηλής ανάλυσης. "Οι παρατηρήσεις του VLBA είναι οι πιο λεπτομερείς στην αστρονομία, παρέχοντας εικόνες με λεπτομέρειες που ισοδυναμούν με τη μέτρηση του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας σε απόσταση 100 μιλίων", λέει ο Readhead.

Η ανάλυση της ομάδας καταλήγει στο συμπέρασμα ότι οι CSOs εκτοξεύουν πίδακες για 5.000 χρόνια ή λιγότερο και στη συνέχεια σβήνουν. Όσο για το τι τροφοδοτεί τους βραχύβιους πίδακες, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η αιτία είναι ένα συμβάν παλιρροϊκού θρυμματισμού (Tidal Disruption Event, TDE), το οποίο συμβαίνει όταν ένα μεμονωμένο αστέρι περιπλανιέται πολύ κοντά σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και καταβροχθίζεται.

"Πιστεύουμε ότι ένα μεμονωμένο αστέρι διαλύεται και στη συνέχεια όλη αυτή η ενέργεια διοχετεύεται σε πίδακες κατά μήκος του άξονα γύρω από τον οποίο περιστρέφεται η μαύρη τρύπα", λέει ο Readhead. "Η γιγαντιαία μαύρη τρύπα ξεκινά αόρατη για εμάς, και όταν καταναλώνει ένα αστέρι, μπουμ! Η μαύρη τρύπα έχει καύσιμα και μπορούμε να τη δούμε". Σύμφωνα με τους αστρονόμους, οι πίδακες CSO σχηματίζονται πιθανότατα όταν μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα καταβροχθίζει όχι ένα οποιοδήποτε αστέρι, αλλά ένα πολύ μεγάλο.

Readhead_2024_3
Αυτή η απεικόνιση δείχνει πώς σχηματίζονται πιθανώς τα Συμπαγή Συμμετρικά Αντικείμενα ή CSO. Όταν ένα μεμονωμένο, τεράστιο αστέρι περιπλανιέται πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα (αριστερά), καταβροχθίζεται και αυτό προκαλεί τη μαύρη τρύπα να εκτοξεύσει έναν υπερταχύ, διπολικό πίδακα (κέντρο). Ο πίδακας εκτείνεται προς τα έξω και τα θερμά του άκρα λάμπουν στα ραδιοκύματα (δεξιά).

Αναλύοντας την ποικιλόμορφη συλλογή ραδιοεικόνων των CSO, οι ερευνητές λένε ότι μπορούν να ανιχνεύσουν πώς τα αντικείμενα γερνούν με την πάροδο του χρόνου, σχεδόν σαν να κοιτάζουν ένα φωτογραφικό άλμπουμ της ζωής ενός CSO για να παρατηρήσουν πώς εξελίσσονται οι πίδακές του. Τα νεότερα CSO έχουν μικρότερους πίδακες που βρίσκονται πιο κοντά στις μαύρες τρύπες, ενώ τα παλαιότερα αντικείμενα έχουν πίδακες που εκτείνονται πιο μακριά από τη μαύρη τρύπα τους.

Εάν οι ανακαλύψεις του Readhead και της ομάδας του επιβεβαιωθούν με πρόσθετες παρατηρήσεις, οι CSO θα προσφέρουν μια εντελώς νέα οδό για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα ογκώδη αστέρια στα κέντρα των γαλαξιών αλληλεπιδρούν με τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

"Αυτά τα αντικείμενα είναι πράγματι ένας ξεχωριστός πληθυσμός με τη δική τους ξεχωριστή προέλευση, και είναι στο χέρι μας τώρα να μάθουμε περισσότερα γι' αυτά και για το πώς δημιουργήθηκαν", λέει ο Readhead. "Το γεγονός ότι μπορούμε να μελετήσουμε αυτά τα αντικείμενα σε χρονικές κλίμακες ετών έως δεκαετιών και όχι εκατομμυρίων ετών έχει ανοίξει την πόρτα σε ένα εντελώς νέο εργαστήριο για τη μελέτη των υπερμεγέθων μαύρων οπών και των πολλών απροσδόκητων και απρόβλεπτων εκπλήξεων που κρύβουν".

Ένα video που παρουσιάζει σχηματικά τον τρόπο δημιουργίας ενός CSO ακολουθεί:

Οι τρεις εργασίες είναι: "Compact Symmetric Objects - I Towards a Comprehensive Bona Fide Catalog," "Compact Symmetric Objects – II Confirmation of a Distinct Population of High-Luminosity Jetted Active Galaxies," and "Compact Symmetric Objects – III Evolution of the High-Luminosity Branch and a Possible Connection with Tidal Disruption Events." Οι εργασίες αυτές χρηματοδοτήθηκαν από το NSF, τη NASA, το ERC, το Caltech, και το Ινστιτούτο Max Planck Institute για την Ραδιοαστρονομία στην Βόννη της Γερμανίας.