Οι αστρονόμοι αποκάλυψαν την πρώτη εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία. Το αποτέλεσμα αυτό παρέχει συντριπτικές αποδείξεις ότι το αντικείμενο είναι πράγματι μια μαύρη τρύπα και δίνει πολύτιμα στοιχεία για τη λειτουργία τέτοιων γιγάντων, οι οποίοι πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.
Σήμερα, σε ταυτόχρονες συνεντεύξεις Τύπου σε όλο τον κόσμο, μεταξύ άλλων στην έδρα του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου (ESO) στη Γερμανία, οι αστρονόμοι παρουσίασαν την πρώτη εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία. Το αποτέλεσμα αυτό παρέχει συντριπτικές αποδείξεις ότι το αντικείμενο είναι πράγματι μια μαύρη τρύπα και δίνει πολύτιμα στοιχεία για τη λειτουργία τέτοιων γιγάντων, οι οποίοι πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.
Η εικόνα δημιουργήθηκε από μια παγκόσμια ερευνητική ομάδα που ονομάζεται Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων. Η εικόνα αποτελεί μια πολυαναμενόμενη ματιά στο τεράστιο αντικείμενο που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. Οι επιστήμονες είχαν δει στο παρελθόν αστέρια να περιφέρονται γύρω από κάτι αόρατο, συμπαγές και πολύ ογκώδες στο κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτό έδειχνε έντονα ότι αυτό το αντικείμενο -- γνωστό ως Sagittarius A* (Sgr A*, προφέρεται "sadge-ay-star") -- είναι μια μαύρη τρύπα, και η σημερινή εικόνα παρέχει την πρώτη άμεση οπτική απόδειξη γι' αυτό.
Αν και δεν μπορούμε να δούμε την ίδια τη μαύρη τρύπα, επειδή είναι εντελώς σκοτεινή, το πυρακτωμένο αέριο γύρω της αποκαλύπτει μια αποκαλυπτική υπογραφή: μια σκοτεινή κεντρική περιοχή (που ονομάζεται σκιά) που περιβάλλεται από μια φωτεινή δομή που μοιάζει με δακτύλιο. Η νέα άποψη αποτυπώνει το φως που κάμπτεται από την ισχυρή βαρύτητα της μαύρης τρύπας, η οποία έχει μάζα τέσσερα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο μας.
"Μείναμε έκπληκτοι από το πόσο καλά το μέγεθος του δακτυλίου συμφωνεί με τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν", δήλωσε ο επιστήμονας του προγράμματος EHT Geoffrey Bower από το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής, Academia Sinica, Ταϊπέι. "Αυτές οι πρωτοφανείς παρατηρήσεις έχουν βελτιώσει σημαντικά την κατανόησή μας για το τι συμβαίνει στο κέντρο του γαλαξία μας και προσφέρουν νέες γνώσεις για το πώς αυτές οι γιγάντιες μαύρες τρύπες αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους". Τα αποτελέσματα της ομάδας EHT δημοσιεύονται σήμερα σε ειδικό τεύχος του The Astrophysical Journal Letters.
Επειδή η μαύρη τρύπα απέχει περίπου 27 000 έτη φωτός από τη Γη, μας φαίνεται να έχει στον ουρανό περίπου το ίδιο μέγεθος με ένα ντόνατ στη Σελήνη. Για να την απεικονίσει, η ομάδα δημιούργησε το ισχυρό EHT, το οποίο συνέδεσε οκτώ υπάρχοντα ραδιοπαρατηρητήρια σε όλο τον πλανήτη για να σχηματίσει ένα ενιαίο εικονικό τηλεσκόπιο "μεγέθους Γης" [1]. Το EHT παρατήρησε το Sgr A* σε πολλές νύχτες το 2017, συλλέγοντας δεδομένα για πολλές ώρες στη σειρά, παρόμοια με τη χρήση μεγάλου χρόνου έκθεσης σε μια φωτογραφική μηχανή.
Εκτός από άλλες εγκαταστάσεις, το δίκτυο ραδιοπαρατηρητηρίων EHT περιλαμβάνει το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) και το Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) στην έρημο Atacama στη Χιλή, τα οποία είναι συνιδιοκτησία και συνεργάζονται από τον ESO για λογαριασμό των κρατών μελών του στην Ευρώπη. Η Ευρώπη συμβάλλει επίσης στις παρατηρήσεις του EHT με άλλα ραδιοπαρατηρητήρια -- το τηλεσκόπιο 30 μέτρων IRAM στην Ισπανία και, από το 2018, το NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) στη Γαλλία -- καθώς και με έναν υπερυπολογιστή για τον συνδυασμό των δεδομένων του EHT που φιλοξενείται στο Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας Max Planck στη Γερμανία. Επιπλέον, η Ευρώπη συνέβαλε με χρηματοδότηση στο έργο της κοινοπραξίας EHT μέσω επιχορηγήσεων από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας και από την Εταιρεία Μαξ Πλανκ στη Γερμανία.
"Είναι πολύ συναρπαστικό για τον ESO να παίζει τόσο σημαντικό ρόλο στην αποκάλυψη των μυστηρίων των μαύρων τρυπών, και ειδικότερα του Sgr A*, επί τόσα χρόνια", σχολίασε ο γενικός διευθυντής του ESO Xavier Barcons. "Ο ESO όχι μόνο συνέβαλε στις παρατηρήσεις της EHT μέσω των εγκαταστάσεων ALMA και APEX, αλλά επέτρεψε επίσης, με τα άλλα παρατηρητήριά του στη Χιλή, ορισμένες από τις προηγούμενες επαναστατικές παρατηρήσεις του γαλαξιακού κέντρου". [2]
Το επίτευγμα του EHT ακολουθεί την ανακοίνωση της συνεργασίας το 2019 της πρώτης εικόνας μιας μαύρης τρύπας, που ονομάζεται M87*, στο κέντρο του πιο μακρινού γαλαξία Messier 87.
Οι δύο μαύρες τρύπες μοιάζουν εντυπωσιακά, παρόλο που η μαύρη τρύπα του γαλαξία μας είναι πάνω από χίλιες φορές μικρότερη και με μικρότερη μάζα από την M87* [3]. "Έχουμε δύο εντελώς διαφορετικούς τύπους γαλαξιών και δύο πολύ διαφορετικές μάζες μαύρων οπών, αλλά κοντά στην άκρη αυτών των μαύρων οπών φαίνονται εκπληκτικά παρόμοιες", λέει η Sera Markoff, συμπρόεδρος του Επιστημονικού Συμβουλίου του EHT και καθηγήτρια θεωρητικής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ στις Κάτω Χώρες. "Αυτό μας λέει ότι η Γενική Σχετικότητα διέπει αυτά τα αντικείμενα από κοντά, και οι όποιες διαφορές βλέπουμε πιο μακριά πρέπει να οφείλονται σε διαφορές στο υλικό που περιβάλλει τις μαύρες τρύπες".
Το επίτευγμα αυτό ήταν σημαντικά πιο δύσκολο από ό,τι για τον M87*, παρόλο που ο Sgr A* είναι πολύ πιο κοντά μας. Ο επιστήμονας του EHT Chi-kwan ("CK") Chan, από το Αστεροσκοπείο Steward και το Τμήμα Αστρονομίας και το Ινστιτούτο Επιστήμης Δεδομένων του Πανεπιστημίου της Αριζόνα των ΗΠΑ, εξηγεί: "Το αέριο που βρίσκεται κοντά στις μαύρες τρύπες κινείται με την ίδια ταχύτητα -σχεδόν τόσο γρήγορα όσο το φως- τόσο γύρω από τον Sgr A* όσο και γύρω από τον M87*. Αλλά εκεί που το αέριο χρειάζεται ημέρες έως εβδομάδες για να περιφερθεί γύρω από τη μεγαλύτερη M87*, στην πολύ μικρότερη Sgr A* ολοκληρώνει μια τροχιά σε λίγα μόλις λεπτά. Αυτό σημαίνει ότι η φωτεινότητα και το μοτίβο του αερίου γύρω από το Sgr A* άλλαζαν γρήγορα καθώς το EHT Collaboration το παρατηρούσε -- λίγο σαν να προσπαθείς να τραβήξεις μια καθαρή εικόνα ενός κουταβιού που κυνηγάει γρήγορα την ουρά του".
Οι ερευνητές έπρεπε να αναπτύξουν εξελιγμένα νέα εργαλεία που να υπολογίζουν την κίνηση του αερίου γύρω από το Sgr A*. Ενώ ο M87* ήταν ένας ευκολότερος, σταθερότερος στόχος, με σχεδόν όλες τις εικόνες να φαίνονται ίδιες, αυτό δεν ίσχυε για τον Sgr A*. Η εικόνα της μαύρης τρύπας Sgr A* είναι ένας μέσος όρος των διαφορετικών εικόνων που εξήγαγε η ομάδα, αποκαλύπτοντας τελικά για πρώτη φορά τον γίγαντα που κρύβεται στο κέντρο του γαλαξία μας.
Η προσπάθεια κατέστη δυνατή χάρη στην εφευρετικότητα περισσότερων από 300 ερευνητών από 80 ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο, οι οποίοι από κοινού αποτελούν την EHT Collaboration. Εκτός από την ανάπτυξη πολύπλοκων εργαλείων για να ξεπεράσουν τις προκλήσεις της απεικόνισης του Sgr A*, η ομάδα εργάστηκε αυστηρά επί πέντε χρόνια, χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές για να συνδυάσει και να αναλύσει τα δεδομένα της, ενώ παράλληλα συνέταξε μια άνευ προηγουμένου βιβλιοθήκη προσομοιωμένων μαύρων τρυπών για να συγκριθεί με τις παρατηρήσεις.
Οι επιστήμονες είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένοι που επιτέλους έχουν εικόνες από δύο μαύρες τρύπες με πολύ διαφορετικά μεγέθη, γεγονός που προσφέρει την ευκαιρία να κατανοήσουν πώς συγκρίνονται και πώς αντιπαρατίθενται. Έχουν επίσης αρχίσει να χρησιμοποιούν τα νέα δεδομένα για να δοκιμάσουν θεωρίες και μοντέλα για το πώς συμπεριφέρεται το αέριο γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Η διαδικασία αυτή δεν έχει γίνει ακόμη πλήρως κατανοητή, αλλά θεωρείται ότι παίζει βασικό ρόλο στη διαμόρφωση του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών.
"Τώρα μπορούμε να μελετήσουμε τις διαφορές μεταξύ αυτών των δύο υπερμεγέθων μαύρων τρυπών για να αποκτήσουμε νέα πολύτιμα στοιχεία για το πώς λειτουργεί αυτή η σημαντική διαδικασία", δήλωσε ο επιστήμονας του EHT Keiichi Asada από το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής της Academia Sinica στην Ταϊπέι. "Έχουμε εικόνες για δύο μαύρες τρύπες - μία στο μεγάλο άκρο και μία στο μικρό άκρο των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στο Σύμπαν - οπότε μπορούμε να προχωρήσουμε πολύ περισσότερο από ποτέ στη δοκιμή του τρόπου με τον οποίο συμπεριφέρεται η βαρύτητα σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα".
Η πρόοδος στο EHT συνεχίζεται: μια μεγάλη εκστρατεία παρατήρησης τον Μάρτιο του 2022 περιελάμβανε περισσότερα τηλεσκόπια από ποτέ άλλοτε. Η συνεχιζόμενη επέκταση του δικτύου EHT και οι σημαντικές τεχνολογικές αναβαθμίσεις θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να μοιραστούν ακόμη περισσότερες εντυπωσιακές εικόνες καθώς και ταινίες από τις μαύρες τρύπες στο εγγύς μέλλον.
Σημειώσεις
[1] Τα επιμέρους τηλεσκόπια που συμμετείχαν στο EHT τον Απρίλιο του 2017, όταν διεξήχθησαν οι παρατηρήσεις, ήταν: το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), το Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), το τηλεσκόπιο 30 μέτρων IRAM, το James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), το Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), το Submillimeter Array (SMA), το UArizona Submillimeter Telescope (SMT), το South Pole Telescope (SPT). Από τότε, το EHT έχει προσθέσει στο δίκτυό του το Τηλεσκόπιο της Γροιλανδίας (GLT), το NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) και το τηλεσκόπιο 12 μέτρων της UArizona στο Kitt Peak.
Το ALMA αποτελεί σύμπραξη του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου (ESO- Ευρώπη, εκπροσωπώντας τα κράτη μέλη του), του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ (NSF) και των Εθνικών Ινστιτούτων Φυσικών Επιστημών (NINS) της Ιαπωνίας, μαζί με το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας (Καναδάς), το Υπουργείο Επιστήμης και Τεχνολογίας (MOST- Ταϊβάν), το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής Academia Sinica (ASIAA- Ταϊβάν) και το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Διαστημικής Επιστήμης της Κορέας (KASI- Δημοκρατία της Κορέας), σε συνεργασία με τη Δημοκρατία της Χιλής. Το κοινό παρατηρητήριο ALMA λειτουργεί από τον ESO, το Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) και το National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Το APEX, μια συνεργασία μεταξύ του Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Max Planck (Γερμανία), του Διαστημικού Παρατηρητηρίου Onsala (Σουηδία) και του ESO, λειτουργεί από τον ESO. Το τηλεσκόπιο των 30 μέτρων λειτουργεί από το IRAM (οι οργανισμοί-εταίροι του IRAM είναι το MPG [Γερμανία], το CNRS [Γαλλία] και το IGN [Ισπανία]). Το JCMT λειτουργεί από το Αστεροσκοπείο της Ανατολικής Ασίας για λογαριασμό του Εθνικού Αστρονομικού Αστεροσκοπείου της Ιαπωνίας, της ASIAA, του KASI, του Εθνικού Ινστιτούτου Αστρονομικών Ερευνών της Ταϊλάνδης, του Κέντρου Αστρονομικής Μεγαλοεπιστήμης και οργανισμών του Ηνωμένου Βασιλείου και του Καναδά. Το LMT λειτουργεί από το INAOE και το UMass, το SMA λειτουργεί από το Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian και το ASIAA και το UArizona SMT λειτουργεί από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Το SPT λειτουργεί από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο με εξειδικευμένα όργανα EHT που παρέχονται από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
Το τηλεσκόπιο της Γροιλανδίας (GLT) λειτουργεί από την ASIAA και το Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Το GLT αποτελεί μέρος του προγράμματος ALMA-Taiwan και υποστηρίζεται εν μέρει από την Academia Sinica (AS) και το MOST. Το NOEMA λειτουργεί από το IRAM και το τηλεσκόπιο 12 μέτρων UArizona στο Kitt Peak λειτουργεί από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
[2] Μια ισχυρή βάση για την ερμηνεία αυτής της νέας εικόνας δόθηκε από προηγούμενες έρευνες που πραγματοποιήθηκαν για το Sgr A*. Οι αστρονόμοι γνωρίζουν τη φωτεινή, πυκνή ραδιοπηγή στο κέντρο του Γαλαξία μας στην κατεύθυνση του αστερισμού του Τοξότη από τη δεκαετία του 1970. Μετρώντας τις τροχιές αρκετών άστρων πολύ κοντά στο γαλαξιακό μας κέντρο για μια περίοδο 30 ετών, ομάδες με επικεφαλής τον Reinhard Genzel (διευθυντή στο Ινστιτούτο Εξωγήινης Φυσικής Max -Planck στο Garching κοντά στο Μόναχο της Γερμανίας) και τον Andrea M. Ghez (καθηγητή στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες των ΗΠΑ) μπόρεσαν να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι η πιο πιθανή εξήγηση για ένα αντικείμενο αυτής της μάζας και πυκνότητας είναι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα. Οι εγκαταστάσεις του ESO (συμπεριλαμβανομένου του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου και του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπικού Ιντερφερόμετρου) και το Αστεροσκοπείο Keck χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή αυτής της έρευνας, η οποία μοιράστηκε το 2020 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.
[3] Οι μαύρες τρύπες είναι τα μόνα αντικείμενα που γνωρίζουμε όπου η μάζα κλιμακώνεται με το μέγεθος. Μια μαύρη τρύπα χίλιες φορές μικρότερη από μια άλλη έχει επίσης χίλιες φορές μικρότερη μάζα.
Ημ/νία καταχώρησης: 13/5/2022
[GR] Greek
[EN] English