Μια δέσμη σωματιδίων που εκτοξεύεται με μεγάλη ταχύτητα από την περιοχή γύρω από μια τερατώδη μαύρη τρύπα βρέθηκε να είναι έντονα καμπυλωμένη, παρέχοντας ισχυρές ενδείξεις ότι η μαύρη τρύπα είναι στην πραγματικότητα μέρος του πιο ακραίου δυαδικού συστήματος που έχει καταγραφεί ποτέ.
Η μαύρη τρύπα και η καμπυλωμένη της δέσμη στο blazar OJ 287
Η μαύρη τρύπα και η παραμορφωμένη δέσμη της βρίσκονται σε ένα blazar γνωστό ως OJ 287, που εντοπίζεται περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Το blazar είναι ένας κβάζαρ που βλέπουμε κατά μέτωπο, και ο κβάζαρ είναι ο ενεργός πυρήνας ενός γαλαξία όπου η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα απορροφά τεράστιες ποσότητες ύλης. Αυτή η ύλη στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, σχηματίζοντας τον λεγόμενο δίσκο συσσώρευσης (accretion disk) και είναι τόσο μεγάλη η ποσότητα, που ο δίσκος λειτουργεί σαν σημείο συμφόρησης.
Αντί να ρέει απευθείας μέσα στο «στόμα» της μαύρης τρύπας, η εισερχόμενη ύλη συσσωρεύεται στον δίσκο, αυξάνοντας δραματικά την πυκνότητα και τη θερμοκρασία, ώστε να λάμπει τόσο έντονα που μπορεί να φανεί σε ολόκληρο το σύμπαν. Τα μαγνητικά πεδία που περιτυλίγονται στον δίσκο μπορούν να κατευθύνουν κάποια από τα φορτισμένα σωματίδια της ύλης μακριά από τη μαύρη τρύπα, οριοθετώντας τα και επιταχύνοντάς τα σε δύο αντίθετες δέσμες που εκτοξεύονται για χιλιάδες έτη φωτός, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Επειδή βλέπουμε τα blazars σχεδόν κατευθείαν κατά μέτωπο, φαίνονται ακόμη πιο φωτεινά από τους συνηθισμένους κβάζαρ.
Οι κύκλοι φωτεινότητας και η δεύτερη μαύρη τρύπα στο OJ 287
Ωστόσο, το OJ 287 δεν είναι ένα συνηθισμένο blazar. Οι αστρονόμοι παρακολουθούν τους κύκλους μεταβολών της φωτεινότητάς του εδώ και περίπου 150 χρόνια – ακόμα και πριν διαπιστώσουν τι είδους αντικείμενο είναι. Υπάρχει ένας μακρύς κύκλος περίπου 60 ετών και ένας βραχύτερος κύκλος με περίοδο μόλις 12 ετών.
Ο σύντομος αυτός κύκλος αποδίδεται σε μια συνοδό μαύρη τρύπα με περίπου 150 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου, που περιφέρεται γύρω από τη βασική μαύρη τρύπα, η οποία έχει μάζα που ισοδυναμεί με τεράστια 18,35 δισεκατομμύρια ήλιους. Και οι δύο μαύρες τρύπες είναι γιγαντιαίες σε σύγκριση με την Sagittarius A*, τη μαύρη τρύπα 4,1 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών στο κέντρο του γαλαξία μας.
Η λιγότερο μαζική μαύρη τρύπα κινείται σε μια επιμηκυμένη, ελλειπτική τροχιά. Κάθε 12 χρόνια, διασχίζει τον δίσκο συσσώρευσης της πιο μαζικής μαύρης τρύπας. Καθώς το κάνει, κλέβει μέρος της ύλης από τον δίσκο και σχηματίζει τον δικό της προσωρινό δίσκο συσσώρευσης, με μια προσωρινή δέσμη. Για ένα σύντομο διάστημα, το σύστημα OJ 287 μετατρέπεται σε διπλό κβάζαρ.
Νέα εικόνα αποκαλύπτει τη «στραβή» δέσμη και στηρίζει το δυαδικό μοντέλο
Αυτή είναι τουλάχιστον η υπόθεση. Παλαιότερες παρατηρήσεις φαίνεται να την υποστηρίζουν. Για παράδειγμα, το 2021, όπως είχε προβλεφθεί, το σύστημα OJ 287 αύξησε δραματικά τη φωτεινότητά του μέσα σε μόλις 12 ώρες, καθώς η δεύτερη μαύρη τρύπα συναντούσε τον δίσκο της κύριας και άναβε ως κβάζαρ, απελευθερώνοντας περισσότερη ενέργεια σε αυτό το σύντομο χρονικό διάστημα από 100 μέσους γαλαξίες μαζί.
Τώρα, η πιο λεπτομερής εικόνα που έχει ληφθεί ποτέ της μόνιμης δέσμης που εκτοξεύεται από τη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, ληφθείσα από δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων στη Γη και στο διάστημα, υποστηρίζει έντονα το μοντέλο της δυαδικής μαύρης τρύπας.
«Ποτέ πριν δεν είχαμε παρατηρήσει μια δομή στον γαλαξία OJ 287 με το επίπεδο λεπτομέρειας που βλέπουμε στη νέα εικόνα», δήλωσε η ραδιοαστρονόμος Ευθαλία Τραϊανού του Πανεπιστημίου του Χάιντελμπεργκ στη Γερμανία, που ηγήθηκε των παρατηρήσεων, σε ανακοίνωσή της.
Το δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων και οι παρατηρήσεις
Οι ραδιοπαρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν συνδυάζοντας τα 10 ραδιοτηλεσκόπια του Very Long Baseline Array (VLBA) στις ΗΠΑ με την 10μετρη κεραία RadioAstron στο ρωσικό δορυφόρο Spektr-R. Οι παρατηρήσεις έγιναν μεταξύ 2014 και 2017, και η αποστολή ολοκληρώθηκε το 2019, πριν η Ρωσία εισβάλει στην Ουκρανία και υπόκειται σε κυρώσεις.
Συνολικά, το δίκτυο που συνέδεσε επίγειες και διαστημικές κεραίες δημιούργησε έναν παρεμβολέα με βάση (δηλαδή εικονική διάμετρο) πέντε φορές τη διάμετρο της Γης, προσφέροντας εντυπωσιακή διακριτική ικανότητα. Η τελική εικόνα εστιάζει στο κέντρο του OJ 287, απεικονίζοντας μια περιοχή μόλις ενός τρίτου του έτους φωτός σε διάμετρο. Η εικόνα στα ραδιομήκη δείχνει ότι η δέσμη της μαύρης τρύπας δεν είναι ευθεία, αλλά είναι «στραβή» με τρεις σαφείς καμπές. Οι παρατηρήσεις μεταξύ 2014 και 2017 αποκάλυψαν επίσης ότι η γωνία της δέσμης άλλαζε περίπου κατά 30 μοίρες, και η εικόνα αποδεικνύει ότι η επαναπροσανατολισμός της δέσμης γίνεται πολύ κοντά στο σημείο εκκίνησής της.
Αυτή η σοβαρή αλλαγή κατεύθυνσης μπορεί να οφείλεται στη βαρύτητα της δεύτερης μαύρης τρύπας που περιστρέφεται και τραβά τη δέσμη, κάνοντάς την να λυγίζει και να προσεγγίζει έναν άξονα περιστροφής.
Το κύμα κρούσης και η απελευθέρωση γ-ακτίνων
Οι εικόνες στα ραδιομήκη κατέγραψαν επίσης ένα κύμα κρούσης που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα νέου στοιχείου της δέσμης. Καθώς το κύμα κρούσης προχωρούσε κατά μήκος της δέσμης, απελευθέρωσε έναν κατακλυσμό υψηλής ενέργειας γ-ακτίνων, που ανιχνεύτηκαν από το τηλεσκόπιο Fermi της NASA και την αποστολή Swift.
Μέρη της δέσμης φαίνεται να εκπέμπουν σε απίστευτη θερμοκρασία 10 τρισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Μια τέτοια θερμοκρασία είναι αδιανόητη στην ανθρώπινη εμπειρία, και στην πραγματικότητα είναι ψευδαίσθηση, όπου βλέπουμε το φαινόμενο που ονομάζεται σχετικιστική δέσμευση (relativistic beaming), όπου το φαινόμενο Doppler ενισχύει τη φωτεινότητα αντικειμένων που κινούνται προς εμάς με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός.
Το δυαδικό σύστημα μαύρων τρυπών και οι επιπτώσεις του
Η παρουσία δύο μαύρων τρυπών τέτοιων μαζών και η επιβεβαίωση ότι η μικρότερη «στραβώνει» τη δέσμη της μεγαλύτερης, επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν με εκπληκτική ακρίβεια τη συμπεριφορά της βαρύτητας σε ακραίες συνθήκες, πολύ πιο δυνατές από αυτές που μπορούμε να δοκιμάσουμε στη Γη.
Τα ευρήματα αποτελούν σημαντικό βήμα στην κατανόηση των ακραίων δυαδικών συστημάτων μαύρων τρυπών, που είναι σημαντικά τόσο για την κοσμολογία όσο και για τη φυσική υψηλών ενεργειών.
