2023-10-22 10:50:30
του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής
Ο γαλαξίας Μ87, 55 εκατ. έτη φωτός μακριά από τη Γη, φιλοξενεί στον πυρήνα του μία μαύρη τρύπα με μάζα 6,5 δισ. φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, η οποία εκτινάσσει έναν ενεργητικό πίδακα φορτισμένων σωματιδίων, με ταχύτητες που υπερβαίνουν το 99% της ταχύτητας του φωτός. Σύμφωνα με την μελέτη, ο πίδακας αυτός, μεταβάλλει περιοδικά την κατεύθυνσή του, γεγονός που αποδεικνύει ότι η μαύρη τρύπα περιστρέφεται.
Η μελέτη υλοποιήθηκε από διεθνή ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον Κινέζο ερευνητή Cui Yuzhu, και δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature στις 27 Σεπτεμβρίου, ενώ βασίστηκε στα δεδομένα που συνέλεξε ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων από το 2000 μέχρι το 2022. Η ανάλυση των δεδομένων αυτών αποκάλυψε την μετάπτωση του πίδακα, δηλαδή την συνεχή μεταβολή της κατεύθυνσής του κατά 10 περίπου μοίρες, σε έναν επαναλαμβανόμενο 11ετή κύκλο, όπως προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Κάθε γαλαξιακή μαύρη τρύπα, που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ενεργού γαλαξία, έλκει με το πανίσχυρο βαρυτικό της πεδίο τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλουν, σχηματίζοντας γύρω της έναν περιστρεφόμενο δίσκο αερίων και σκόνης, γνωστό ως δίσκο προσαύξησης. Καθώς τα υλικά του δίσκου στροβιλίζονται με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα, όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της, υπερθερμαίνονται σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, εκλύοντας ακτινοβολία. Κάποιες φορές, μάλιστα, και για λόγους που δεν είναι ακόμη απολύτως κατανοητοί, ενεργοποιούνται εκροές πλάσματος, δηλαδή ενεργητικοί πίδακες φορτισμένων σωματιδίων, οι οποίοι εκτινάσσονται με ταχύτητα που αγγίζει την ταχύτητα του φωτός και εκτείνονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά.
Ο φυσικός μηχανισμός μέσω του οποίου μεταφέρεται ενέργεια ανάμεσα σε μια γαλαξιακή μαύρη τρύπα, στον δίσκο προσαύξησης και στους σχετικιστικούς πίδακες που ενεργοποιεί, προβληματίζει τους φυσικούς και τους αστρονόμους για περισσότερο από έναν αιώνα. Σύμφωνα, ωστόσο, με πολλούς επιστήμονες, η ενέργεια αυτή μπορεί να εξαχθεί από μια μαύρη τρύπα που περιστρέφεται, επιτρέποντας σε μέρος από τα υλικά που την περιβάλλουν να εκτιναχθεί προς το Διάστημα με τεράστιες ταχύτητες. Η περιστροφή, όμως, μιας γαλαξιακής μαύρης τρύπας, δηλαδή ο κρίσιμος παράγοντας αυτής της διαδικασίας, αλλά και η πιο θεμελιώδης παράμετρος που την χαρακτηρίζει, με εξαίρεση τη μάζα της μαύρης τρύπας φυσικά, δεν είχε παρατηρηθεί άμεσα μέχρι τώρα.
Στο επίκεντρο αυτής της ανακάλυψης βρίσκεται ένα κρίσιμο ερώτημα: Ποια δύναμη στο Σύμπαν μπορεί να μεταβάλει την κατεύθυνση ενός τόσο ενεργητικού πίδακα; Η απάντηση κρύβεται στη «συμπεριφορά» του δίσκου προσαύξησης, που με την σειρά του σχετίζεται με την κεντρική γιγάντια μαύρη τρύπα. Καθώς τα υλικά που την περιβάλλουν περιστρέφονται γύρω της, σχηματίζουν τον δίσκο αυτόν, ενώ στην συνέχεια στροβιλίζονται όλο και πλησιέστερα προς την μαύρη τρύπα, προτού χαθούν για πάντα μέσα της. Ωστόσο, εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται και αυτή, στρεβλώνει κατά τέτοιο τρόπο τον περιβάλλοντα χωροχρόνο, ώστε τα γειτονικά της αντικείμενα να «παρασέρνονται» προς τον άξονα περιστροφής της.
Στη Νευτώνεια βαρύτητα, το βαρυτικό πεδίο που σχηματίζει γύρω της μια συσσώρευση ύλης είναι ανεξάρτητο από το αν περιστρέφεται ή όχι. Το 1918, ωστόσο, μόλις δύο χρόνια αφότου ο Αϊνστάιν παρουσίασε στον κόσμο τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, δύο άλλοι φυσικοί, οι Josef Lense και Hans Thirring, προέβλεψαν ότι ένα υλικό σώμα δεν καμπυλώνει απλά τη δομή του χωροχρόνου γύρω του, αλλά μπορεί και να τον «συστρέφει», υπό την προϋπόθεση όμως ότι περιστρέφεται. Στη Γενική Σχετικότητα, επομένως, η περιστροφή ενός σώματος επηρεάζει την κίνηση των αντικειμένων γύρω του διότι "συμπαρασύρει" τον χωροχρόνο που το περιβάλλει, «συστρέφοντάς» τον. Αυτό το φαινόμενο Lense-Thirring, όπως ονομάζεται, προκαλεί την μετάπτωση του άξονα περιστροφής ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου (σε αυτή την περίπτωση του δίσκου προσαύξησης), που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από ένα σώμα μεγαλύτερης μάζας, που κι αυτό περιστρέφεται (σε αυτή την περίπτωση την μαύρη τρύπα).
Ένας τρόπος να οπτικοποιήσουμε, όσο είναι αυτό δυνατό, το φαινόμενο Lense-Thirring είναι να φανταστούμε την λειτουργία ενός μίξερ μέσα σε ένα δοχείο με μέλι, στο οποίο έχουμε προσθέσει και μία σταγόνα από χρώμα ζαχαροπλαστικής: καθώς ο αναδευτήρας περιστρέφεται, συμπαρασύρει μαζί του και το μέλι. Το μέλι που βρίσκεται πλησιέστερα προς τον αναδευτήρα συστρέφεται περισσότερο σε σχέση με το μέλι που βρίσκεται σε μεγαλύτερη απόσταση, ενώ η σταγόνα από χρώμα ζαχαροπλαστικής επίσης συμπαρασύρεται από την περιστροφή του αναδευτήρα. Σε αυτό το παράδειγμα, ο αναδευτήρας είναι η μαύρη τρύπα, το μέλι ο χωροχρόνος και η σταγόνα χρώματος κάποιο άλλο υλικό σώμα.
Η λεπτομερής ανάλυση της ερευνητικής ομάδας δείχνει ότι ο άξονας περιστροφής του δίσκου προσαύξησης δεν ευθυγραμμίζεται με τον άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας, και αυτός είναι ο λόγος της μετάπτωσης του πίδακα. Η ανίχνευση αυτής της μετάπτωσης παρέχει αδιαμφισβήτητες αποδείξεις ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στον Μ87 πράγματι περιστρέφεται.
Πηγή: Monitoring of radio galaxy M87 confirms black | EurekAlert!
Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση της μαύρης τρύπας του γαλαξία Μ87. Ο άξονας περιστροφής της θεωρείται ότι ευθυγραμμίζεται κάθετα. Η κατεύθυνση του πίδακα είναι σχεδόν κάθετη στον δίσκο προσαύξησης. Η μη ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας και του άξονα περιστροφής του δίσκου προκαλεί την μετάπτωση και του δίσκου και του πίδακα. Credit: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse and Zhejiang Lab
Πηγή:https://www.eef.edu.gr/el/arthra/nea-meleti-epibebaionei-oti-oi-galaksiakes-mayres-trypes-peristrefontai/?fbclid=IwAR3sfvQKpgsWosO7lovvAdXux-5WDmpmSM3IdJ_9nXHkQBNlrJcL-3XEYDc
tinanantsou.blogspot.gr
Ο γαλαξίας Μ87, 55 εκατ. έτη φωτός μακριά από τη Γη, φιλοξενεί στον πυρήνα του μία μαύρη τρύπα με μάζα 6,5 δισ. φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, η οποία εκτινάσσει έναν ενεργητικό πίδακα φορτισμένων σωματιδίων, με ταχύτητες που υπερβαίνουν το 99% της ταχύτητας του φωτός. Σύμφωνα με την μελέτη, ο πίδακας αυτός, μεταβάλλει περιοδικά την κατεύθυνσή του, γεγονός που αποδεικνύει ότι η μαύρη τρύπα περιστρέφεται.
Η μελέτη υλοποιήθηκε από διεθνή ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον Κινέζο ερευνητή Cui Yuzhu, και δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature στις 27 Σεπτεμβρίου, ενώ βασίστηκε στα δεδομένα που συνέλεξε ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων από το 2000 μέχρι το 2022. Η ανάλυση των δεδομένων αυτών αποκάλυψε την μετάπτωση του πίδακα, δηλαδή την συνεχή μεταβολή της κατεύθυνσής του κατά 10 περίπου μοίρες, σε έναν επαναλαμβανόμενο 11ετή κύκλο, όπως προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Κάθε γαλαξιακή μαύρη τρύπα, που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ενεργού γαλαξία, έλκει με το πανίσχυρο βαρυτικό της πεδίο τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλουν, σχηματίζοντας γύρω της έναν περιστρεφόμενο δίσκο αερίων και σκόνης, γνωστό ως δίσκο προσαύξησης. Καθώς τα υλικά του δίσκου στροβιλίζονται με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα, όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της, υπερθερμαίνονται σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, εκλύοντας ακτινοβολία. Κάποιες φορές, μάλιστα, και για λόγους που δεν είναι ακόμη απολύτως κατανοητοί, ενεργοποιούνται εκροές πλάσματος, δηλαδή ενεργητικοί πίδακες φορτισμένων σωματιδίων, οι οποίοι εκτινάσσονται με ταχύτητα που αγγίζει την ταχύτητα του φωτός και εκτείνονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά.
Ο φυσικός μηχανισμός μέσω του οποίου μεταφέρεται ενέργεια ανάμεσα σε μια γαλαξιακή μαύρη τρύπα, στον δίσκο προσαύξησης και στους σχετικιστικούς πίδακες που ενεργοποιεί, προβληματίζει τους φυσικούς και τους αστρονόμους για περισσότερο από έναν αιώνα. Σύμφωνα, ωστόσο, με πολλούς επιστήμονες, η ενέργεια αυτή μπορεί να εξαχθεί από μια μαύρη τρύπα που περιστρέφεται, επιτρέποντας σε μέρος από τα υλικά που την περιβάλλουν να εκτιναχθεί προς το Διάστημα με τεράστιες ταχύτητες. Η περιστροφή, όμως, μιας γαλαξιακής μαύρης τρύπας, δηλαδή ο κρίσιμος παράγοντας αυτής της διαδικασίας, αλλά και η πιο θεμελιώδης παράμετρος που την χαρακτηρίζει, με εξαίρεση τη μάζα της μαύρης τρύπας φυσικά, δεν είχε παρατηρηθεί άμεσα μέχρι τώρα.
Στο επίκεντρο αυτής της ανακάλυψης βρίσκεται ένα κρίσιμο ερώτημα: Ποια δύναμη στο Σύμπαν μπορεί να μεταβάλει την κατεύθυνση ενός τόσο ενεργητικού πίδακα; Η απάντηση κρύβεται στη «συμπεριφορά» του δίσκου προσαύξησης, που με την σειρά του σχετίζεται με την κεντρική γιγάντια μαύρη τρύπα. Καθώς τα υλικά που την περιβάλλουν περιστρέφονται γύρω της, σχηματίζουν τον δίσκο αυτόν, ενώ στην συνέχεια στροβιλίζονται όλο και πλησιέστερα προς την μαύρη τρύπα, προτού χαθούν για πάντα μέσα της. Ωστόσο, εάν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται και αυτή, στρεβλώνει κατά τέτοιο τρόπο τον περιβάλλοντα χωροχρόνο, ώστε τα γειτονικά της αντικείμενα να «παρασέρνονται» προς τον άξονα περιστροφής της.
Στη Νευτώνεια βαρύτητα, το βαρυτικό πεδίο που σχηματίζει γύρω της μια συσσώρευση ύλης είναι ανεξάρτητο από το αν περιστρέφεται ή όχι. Το 1918, ωστόσο, μόλις δύο χρόνια αφότου ο Αϊνστάιν παρουσίασε στον κόσμο τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, δύο άλλοι φυσικοί, οι Josef Lense και Hans Thirring, προέβλεψαν ότι ένα υλικό σώμα δεν καμπυλώνει απλά τη δομή του χωροχρόνου γύρω του, αλλά μπορεί και να τον «συστρέφει», υπό την προϋπόθεση όμως ότι περιστρέφεται. Στη Γενική Σχετικότητα, επομένως, η περιστροφή ενός σώματος επηρεάζει την κίνηση των αντικειμένων γύρω του διότι "συμπαρασύρει" τον χωροχρόνο που το περιβάλλει, «συστρέφοντάς» τον. Αυτό το φαινόμενο Lense-Thirring, όπως ονομάζεται, προκαλεί την μετάπτωση του άξονα περιστροφής ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου (σε αυτή την περίπτωση του δίσκου προσαύξησης), που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από ένα σώμα μεγαλύτερης μάζας, που κι αυτό περιστρέφεται (σε αυτή την περίπτωση την μαύρη τρύπα).
Ένας τρόπος να οπτικοποιήσουμε, όσο είναι αυτό δυνατό, το φαινόμενο Lense-Thirring είναι να φανταστούμε την λειτουργία ενός μίξερ μέσα σε ένα δοχείο με μέλι, στο οποίο έχουμε προσθέσει και μία σταγόνα από χρώμα ζαχαροπλαστικής: καθώς ο αναδευτήρας περιστρέφεται, συμπαρασύρει μαζί του και το μέλι. Το μέλι που βρίσκεται πλησιέστερα προς τον αναδευτήρα συστρέφεται περισσότερο σε σχέση με το μέλι που βρίσκεται σε μεγαλύτερη απόσταση, ενώ η σταγόνα από χρώμα ζαχαροπλαστικής επίσης συμπαρασύρεται από την περιστροφή του αναδευτήρα. Σε αυτό το παράδειγμα, ο αναδευτήρας είναι η μαύρη τρύπα, το μέλι ο χωροχρόνος και η σταγόνα χρώματος κάποιο άλλο υλικό σώμα.
Η λεπτομερής ανάλυση της ερευνητικής ομάδας δείχνει ότι ο άξονας περιστροφής του δίσκου προσαύξησης δεν ευθυγραμμίζεται με τον άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας, και αυτός είναι ο λόγος της μετάπτωσης του πίδακα. Η ανίχνευση αυτής της μετάπτωσης παρέχει αδιαμφισβήτητες αποδείξεις ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στον Μ87 πράγματι περιστρέφεται.
Πηγή: Monitoring of radio galaxy M87 confirms black | EurekAlert!
Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση της μαύρης τρύπας του γαλαξία Μ87. Ο άξονας περιστροφής της θεωρείται ότι ευθυγραμμίζεται κάθετα. Η κατεύθυνση του πίδακα είναι σχεδόν κάθετη στον δίσκο προσαύξησης. Η μη ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας και του άξονα περιστροφής του δίσκου προκαλεί την μετάπτωση και του δίσκου και του πίδακα. Credit: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse and Zhejiang Lab
Πηγή:https://www.eef.edu.gr/el/arthra/nea-meleti-epibebaionei-oti-oi-galaksiakes-mayres-trypes-peristrefontai/?fbclid=IwAR3sfvQKpgsWosO7lovvAdXux-5WDmpmSM3IdJ_9nXHkQBNlrJcL-3XEYDc
tinanantsou.blogspot.gr
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
