Οι μαύρες τρύπες είναι ύπουλες.
Αν δεν «ανάψουν» το περιβάλλον τους με μια σπάνια περίοδο έντονης τροφοδοσίας, είναι πολύ δύσκολο να διαπιστώσει κανείς ότι βρίσκονται εκεί.
Αυτό κάνει δύσκολο να γνωρίζουμε με ακρίβεια πόσες αόρατες μαύρες τρύπες αστρικής μάζας περιέχει ο γαλαξίας μας.
Τώρα, αστρονόμοι προσομοίωσαν τον Γαλαξία για να εντοπίσουν τον κρυμμένο «Galactic Underworld» του, εκτιμώντας ότι περίπου 170 εκατομμύρια μαύρες τρύπες αστρικής μάζας είναι διασκορπισμένες σε όλο τον γαλαξία μας.
Μάλιστα, η μελέτη προβλέπει την κατανομή αυτών των μαύρων τρυπών, τα μεγέθη τους και ακόμη και το πώς μπορεί να ήταν οι εκρήξεις που τις δημιούργησαν, προσφέροντας έναν οδηγό για τις επερχόμενες παρατηρήσεις, οι οποίες με τη σειρά τους θα δοκιμάσουν τις προσομοιώσεις.
Τα ευρήματα έχουν υποβληθεί στα περιοδικά της AAS και βρίσκονται στον προεκτυπωτικό διακομιστή arXiv, όσο περνούν από την επίσημη διαδικασία αξιολόγησης από ομότιμους.
Οι μαύρες τρύπες είναι ό,τι απομένει από ένα τεράστιο άστρο αφού ουσιαστικά πεθάνει. Αφού εξαντλήσει το καύσιμο της πυρηνικής σύντηξης, το άστρο γίνεται ασταθές και εκρήγνυται· χωρίς πλέον να υποστηρίζεται από την εξωτερική πίεση που προσφέρει η σύντηξη, ο πυρήνας του καταρρέει σε ένα αντικείμενο τόσο πυκνό, ώστε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητά του.
Αυτό δημιουργεί πρόβλημα για τους αστρονόμους, για τους οποίους το φως είναι η βασική πηγή πληροφοριών για το ευρύτερο Σύμπαν. Αν δεν μπορούμε να δούμε κάτι με φως σε κανένα μήκος κύματος, είναι εξαιρετικά δύσκολο να το εντοπίσουμε — και ακόμη δυσκολότερο να κάνουμε απογραφή του πόσα παρόμοια υπάρχουν.
Με βάση όσα γνωρίζουμε για την εξέλιξη των άστρων, των μαύρων τρυπών και των γαλαξιών, οι επιστήμονες μπορούν να προσομοιώσουν τον Γαλαξία σε όλη τη διάρκεια των 13,6 δισεκατομμυρίων ετών της ιστορίας του. Αν αυτές οι προσομοιώσεις αναπαράγουν σταθερά έναν γαλαξία παρόμοιο με την παρατηρούμενη πραγματικότητα, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι τα ευρήματά τους αποτελούν μια εύλογη προσέγγιση του αόρατου Σύμπαντος.
Αυτό ακριβώς έκανε μια ομάδα με επικεφαλής τον αστροφυσικό Tom Wagg του Flatiron Institute στις ΗΠΑ, προκειμένου να εκτιμήσει τον αριθμό των μαύρων τρυπών αστρικής μάζας στον γαλαξία.
Δημιούργησαν εικονικούς Γαλαξίες, ακολουθώντας δισεκατομμύρια χρόνια σχηματισμού άστρων, θανάτων άστρων, γέννησης μαύρων τρυπών και γαλαξιακής εξέλιξης, ώστε να υπολογίσουν πόσες μαύρες τρύπες αστρικής μάζας θα έπρεπε να υπάρχουν σήμερα.
Η δουλειά τους έδειξε ότι, στη διάρκεια της ζωής του, ο Γαλαξίας θα έπρεπε να έχει στείλει περίπου 170 εκατομμύρια άστρα εκτός της κύριας ακολουθίας και στη μεταθανάτια ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας.
Αυτό μπορεί να ακούγεται πολύ, αλλά αν λάβει κανείς υπόψη το μέγεθος του Γαλαξία, δεν είναι πραγματικά έτσι. Η ομάδα υπολόγισε ότι η κατανομή των μαύρων τρυπών στην απόσταση του Ήλιου από το γαλαξιακό κέντρο θα ήταν μία μαύρη τρύπα ανά 6.250 κυβικά parsec (ένα parsec είναι 3,26 έτη φωτός) — ένας όγκος χώρου με πλευρές περίπου 18,4 parsec.
Ο χρόνος λέει μια παρόμοια ιστορία. Αν τα 170 εκατομμύρια μαύρες τρύπες απλωθούν σε όλη την 13,6 δισεκατομμυρίων ετών ιστορία του Γαλαξία, αυτό αντιστοιχεί σε κατά μέσο όρο περίπου μία νέα μαύρη τρύπα αστρικής μάζας κάθε 80 χρόνια. Στην πραγματικότητα, όμως, η «έκρηξη γεννήσεων» των μαύρων τρυπών στον Γαλαξία συνέβη πολύ νωρίτερα, όταν ο σχηματισμός άστρων ήταν πολύ πιο έντονος απ’ ό,τι σήμερα.
Άρα, είναι απίθανο να βρούμε μαύρες τρύπες να καραδοκούν στην κοσμική μας γειτονιά.
Αυτό, όμως, ίσως είναι το λιγότερο ενδιαφέρον από τα ευρήματα της ομάδας.
Όπως έχει δείξει προηγούμενη έρευνα, οι μαύρες τρύπες δεν παραμένουν συχνά εκεί όπου γεννιούνται. Πολλές προκύπτουν από μια ασύμμετρη έκρηξη υπερκαινοφανούς, η οποία τους δίνει αυτό που οι αστρονόμοι ονομάζουν natal kick, εκτοξεύοντας το νεοσχηματισμένο αντικείμενο σε όλο τον γαλαξία.
Σε σπάνιες περιπτώσεις, το «κτύπημα» είναι αρκετά ισχυρό ώστε να ξεπεράσει την ταχύτητα διαφυγής από τον Γαλαξία, όμως τις περισσότερες φορές οι μαύρες τρύπες απλώς συνεχίζουν ένα μακρύ ταξίδι μέσα σε αυτόν, κάτι που οδηγεί σε μια ελαφρώς διαφορετική κατανομή από εκείνη του πληθυσμού των άστρων.
Ο λεπτός δίσκος των άστρων του Γαλαξία έχει ύψος περίπου 306 parsec. Ο δίσκος των μαύρων τρυπών, σύμφωνα με την ομάδα, έχει ύψος περίπου 790 parsec — κυρίως εξαιτίας αυτών των natal kicks.
Οι προσομοιώσεις δείχνουν επίσης ότι οι ελαφρύτερες μαύρες τρύπες απομακρύνονται περισσότερο από το γαλαξιακό επίπεδο, επειδή δέχονται τα ισχυρότερα «κτυπήματα» κατά τη γέννησή τους.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι εκρήξεις υπερκαινοφανούς που τις δημιουργούν εκτοξεύουν περισσότερη ύλη από το άστρο, επιτρέποντας σε μεγαλύτερο μέρος της ανάκρουσης της έκρηξης να στείλει τη νεογέννητη μαύρη τρύπα μακριά. Οι βαρύτερες μαύρες τρύπες, αντίθετα, σχηματίζονται με περισσότερο υλικό να επιστρέφει πίσω πάνω τους, με αποτέλεσμα να εξασθενεί το κτύπημα.
Αυτό σημαίνει ότι οι μελλοντικές έρευνες δεν θα μετρούν απλώς μαύρες τρύπες. Οι μάζες και οι κινήσεις τους μπορούν να αποκαλύψουν πώς πέθαναν τα άστρα που τις δημιούργησαν, βοηθώντας τους αστρονόμους να ξεχωρίσουν ανάμεσα σε ανταγωνιστικά μοντέλα εκρήξεων υπερκαινοφανών και σχηματισμού μαύρων τρυπών.
Σχετικό: Το Gaia εντόπισε ένα ολόκληρο σμήνος μαύρων τρυπών που ταξιδεύουν μέσα στον Γαλαξία
Και, φυσικά, αν αυτές οι έρευνες συμφωνήσουν με τις προβλέψεις του Wagg και της ομάδας του, αυτό θα επιβεβαιώσει τις προσομοιώσεις ως εργαλείο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίσσονται οι γαλαξίες.
Όπως σημειώνουν οι συγγραφείς, οι σημερινές θέσεις και οι κινήσεις των μαύρων τρυπών διατηρούν το αποτύπωμα του παρελθόντος τους.
Αν οι μελλοντικές παρατηρήσεις το επιβεβαιώσουν, ο κρυμμένος «Galactic Underworld» του Γαλαξία θα μπορούσε να γίνει ένα απρόσμενο αρχείο της ιστορίας του.
Τα ευρήματα είναι διαθέσιμα στο arXiv.
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
