Αυτό το αστέρι υψηλής ταχύτητας κτυπά γύρω από τη μαύρη τρύπα στη μέση του γαλαξία μας

Το φθινόπωρο του 2002, οι επιστήμονες υπολόγισαν τη μάζα μιας πραγματικά γιγαντιαίας οντότητας στην καρδιά του Γαλαξία μας. Ήταν τέσσερα εκατομμύρια φορές η μάζα του Ήλιου μας – τόσο μεγάλο που σχεδόν σίγουρα έπρεπε να είναι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.

Το αντικείμενο «μάλλον μοιάζει Διάστερος», λέει Στέφαν Γκίλσεναστρονόμος στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για Εξωγήινη Φυσική στη Γερμανία, αναφερόμενος στην ταινία επιστημονικής φαντασίας του 2014 με πρωταγωνιστές τους Μάθιου ΜακΚόναχι και Αν Χάθαγουεϊ. «Έχετε αυτή τη σκοτεινή σκιά, αυτή τη σιλουέτα, όπου είναι το απόλυτο σκοτάδι» που περιβάλλεται από ένα αστραφτερό φωτοστέφανο φωτός.

Υπάρχει ένας λόγος που μερικές από τις αγαπημένες μας εικόνες μαύρων τρυπών προέρχονται από μυθοπλασία: Στην πραγματικότητα, είναι πολύ δύσκολο να τις δούμε. Οι μαύρες τρύπες είναι, από τη φύση τους, αινίγματα που χασμουριούνται – η βαρυτική τους έλξη είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει – οπότε το να μάθεις οτιδήποτε γι’ αυτές είναι σαν να σώζεις πληροφορίες από μια άβυσσο.

Αλλά οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν βρει έναν βοηθό φωτισμού για να τους βοηθήσει να αντιμετωπίσουν αυτήν την πρόκληση. Σε νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύση Την Τετάρτη, ο Gillessen και οι συνεργάτες του περιγράφουν το ταχύτερο αστέρι που έχει παρατηρηθεί ποτέ, να τρέχει γύρω από τον Τοξότη Α*, τη μαύρη τρύπα στην καρδιά του γαλαξία του Γαλαξία.

Ο Gillessen λέει ότι αυτό που είναι σημαντικό για την ανακάλυψη δεν είναι η ταχύτητα του άστρου – αλλά η εγγύτητά του στη μαύρη τρύπα. «Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αστέρι [as a probe] για να οραματιστούμε πώς η βαρύτητα δρα στον χώρο και τον χρόνο», λέει.

Η μαύρη τρύπα στο κατώφλι μας

Παρά τη βαρυτική τους κυριαρχία στο σύμπαν, οι ερευνητές εξακολουθούν να έχουν μάλλον βασικά ερωτήματα σχετικά με τις μαύρες τρύπες.

«Θέλουμε να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν οι μαύρες τρύπες και πώς οι μαύρες τρύπες επηρεάζουν το άμεσο περιβάλλον τους», λέει ο Gillessen, συμπεριλαμβανομένου του θεμελιώδους ρόλου που διαδραματίζουν στη διαμόρφωση των γαλαξιών τους.

«Και αν θέλετε να μάθετε για τις μαύρες τρύπες», προσθέτει, «το κέντρο του Γαλαξία μας είναι το καλύτερο εργαστήριο που έχουμε. Είναι ακριβώς μπροστά στο κατώφλι μας».

Ο Gillessen και η ομάδα του χρησιμοποίησαν τέσσερα από τα τηλεσκόπια του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου στη Χιλή στο χώρο του Very Large Telescope για να συγκεντρώσουν υπέρυθρο φως, το οποίο τους επέτρεψε να δουν μέσα από την κοσμική σκόνη και το αέριο που διαφορετικά θα μπορούσαν να κρύψουν την όψη τους.

“Απλώς χρησιμοποιώντας υπέρυθρο φως, μπορείτε να κοιτάξετε στο πιο κεντρικό μέρος του πυρήνα του Γαλαξία”, λέει. Φέλιξ Μανγκδιδάκτωρ. φοιτητής στο Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

Παρατήρησε για πρώτη φορά κάτι περίεργο στα δεδομένα πριν από μερικά χρόνια. «Ένα μικρό τρεμόπαιγμα φωτός, ένα πολύ αχνό αστέρι ήρθε στην προσοχή μας, το οποίο κινούνταν με πολύ υψηλή ταχύτητα», θυμάται.

Ένας δαίμονας αστρικής ταχύτητας

Ο Mang παρακολούθησε τη θέση του αστεριού που ονομάζεται S301 τα επόμενα δύο χρόνια και επίσης κοίταξε πίσω για να δει πού ήταν.

Χρησιμοποιώντας το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα με μια μικρή διόρθωση από τη γενική σχετικότητα (βοηθώντας έτσι στην επιβεβαίωση μιας πτυχής της θεωρίας του Αϊνστάιν), προσδιόρισε ότι η τροχιά 8,7 ετών του άστρου πήρε τη μορφή μιας εξαιρετικά επιμήκους έλλειψης. Η μαύρη τρύπα βρίσκεται στο ένα άκρο αυτού του οβάλ.

«Το αστέρι έρχεται προς μία κατεύθυνση, γίνεται όλο και πιο γρήγορο και πιο γρήγορο, και στη συνέχεια παίρνει μια πολύ απότομη στροφή γύρω από τη μαύρη τρύπα», λέει ο Gillessen. Τότε είναι στην υψηλότερη ταχύτητά του – πάνω από 15.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο, που είναι μόλις 8% της ταχύτητας του φωτός.

Αυτό καθιστά το S301 το ταχύτερο αστέρι που έχει παρατηρηθεί ποτέ στον γαλαξία.

Αφού κτυπήσει γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, “πετάγεται ξανά προς τα έξω και επιβραδύνεται μέχρι να φτάσει στο πιο απομακρυσμένο σημείο της”, λέει ο Gillessen. “Όταν γνωρίζετε την τροχιά, μοιάζει σχεδόν με το ελβετικό σιδηροδρομικό σύστημα. Τα πράγματα είναι εκεί ακριβώς στην ώρα τους.”

Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να διδάξει στους ερευνητές «για το βαρυτικό δυναμικό της μαύρης τρύπας», λέει. “Το αστέρι, αισθάνεται πώς ο χώρος και ο χρόνος παραμορφώνονται από τη μαύρη τρύπα. Και έτσι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αστέρι για να οραματιστούμε πώς η βαρύτητα δρα στον χώρο και τον χρόνο.”

Ρίχνοντας φως

«Αυτό είναι ένα πραγματικά συναρπαστικό αποτέλεσμα», λέει Έριν Κάρααστροφυσικός στο MIT που δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Θεωρεί το σκηνικό για την επόμενη δεκαετία για να γίνουν αυτού του είδους οι πρωτοφανείς μετρήσεις των μαύρων τρυπών».

Αυτό περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του πόσο γρήγορα περιστρέφεται η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας, μια συμπεριφορά που μπορεί να παρασύρει τον περιβάλλοντα χωροχρόνο μαζί της. Προηγουμένως, οι ερευνητές είχαν υπολογίσει την περιστροφή των μαύρων τρυπών που αναπτύσσονται ενεργά σε άλλους γαλαξίες καταβροχθίζοντας αέριο. Η χρήση του S301 για τον υπολογισμό της περιστροφής του Τοξότη Α* (η τοπική μας μαύρη τρύπα) θα αντιπροσώπευε την πρώτη τέτοια μέτρηση για έναν ήρεμο γαλαξία, λέει.

Αυτό το είδος υπολογισμού μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν πώς εμφανίστηκε η μαύρη τρύπα στην πρώτη θέση, κάτι που θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες για το σχηματισμό του γαλαξία μας.

“Αυτό που αγαπώ για τις μαύρες τρύπες”, λέει η Kara, “είναι ότι είναι και οι δύο εξωτικές και όπου η κατανόησή μας για τη φυσική καταρρέει. Και ταυτόχρονα, είναι πραγματικά θεμελιώδεις για να εξηγήσουμε γιατί ο γαλαξίας μας φαίνεται όπως φαίνεται.”

Η ιδέα ενός αστεριού που σφυρίζει γύρω από μια μαύρη τρύπα γαργαλάει τη φαντασία του Gillessen. «Πάντα δουλεύεις στο όριο του δυνατού», λέει. Σκέφτεται πώς θα ήταν να ζεις ένας εξωγήινος σε έναν υποθετικό πλανήτη σε τροχιά γύρω από το S301.

«Κάθε εννέα χρόνια, θα έβλεπες αυτή τη μαύρη τρύπα να εμφανίζεται μεγάλη στον ουρανό», λέει. «Εννοώ, πρέπει να είναι απολύτως εκπληκτικό να έχεις τέτοιου είδους εμπειρία».

Σκιαγραφεί το θέαμα, κοιτάζοντας ψηλά έναν κατάμαυρο δίσκο ντυμένο στο φως – μια πύλη στο ίδιο το ύφασμα του σύμπαντος.