Οι αστρονόμοι έχουν αρχίσει πρόσφατα να αναζητούν μαύρες τρύπες μεγαλύτερες από γαλαξίες. Ο Brian Lacki εξηγεί πώς αυτές οι «stupendously large black holes» θα μπορούσαν να αξιοποιούνται από εξωγήινους πολιτισμούς και τι τις κάνει τόσο ενδιαφέρουσα πιθανότητα.
Καμία μαύρη τρύπα δεν θα μπορούσε να χαρακτηριστεί μικρή. Ακόμη και οι πιο μικρές έχουν μάζα πολλαπλάσια του Ήλιου. Όμως πλέον γίνεται λόγος για μια κατηγορία που ξεπερνά όλες τις άλλες: τις stupendously large black holes, ή αλλιώς SLABs. Αυτά τα σκοτεινά τέρατα μπορεί να έχουν μάζα ίση με ολόκληρους γαλαξίες ή και μεγαλύτερη.
Η ιδέα των SLABs εμφανίστηκε πριν από λίγα χρόνια, εν μέρει ως παραπροϊόν της αγωνιώδους προσπάθειας των αστρονόμων να αποκαλύψουν τη σκοτεινή ύλη, τη μυστηριώδη ουσία που αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν. Από τότε, οι επιστήμονες τα αναζητούν προσπαθώντας να εντοπίσουν το φως που θα εξέπεμπαν ή τον τρόπο με τον οποίο θα παραμόρφωναν τον χωροχρόνο. Ωστόσο, στις αρχές του χρόνου, ο αστρονόμος Brian Lacki, από το πρόγραμμα Breakthrough Listen του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, πρότεινε έναν διαφορετικό τρόπο εντοπισμού τους: να αναζητηθούν οι σκιές που ρίχνουν πάνω στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, δηλαδή στο φως που απελευθερώθηκε αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και σήμερα διαπερνά ολόκληρο το σύμπαν.
Το New Scientist μίλησε με τον Lacki για τη νέα αυτή, τολμηρή ιδέα των γιγαντιαίων μαύρων τρυπών, για τις πιθανότητες να βρεθεί μία και για το πώς θα ταραζόταν η κοσμολογία αν αυτό συνέβαινε. Ο ίδιος λέει ότι το ενδιαφέρον του για το θέμα ξεκίνησε με έναν απρόσμενο τρόπο: μέσα από την καθημερινή του δουλειά στην αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης.
Η «αδύνατη» σωματιδιακή ύλη που έφτασε στη Γη ίσως ήταν σκοτεινή ύλη
Matt von Hippel: Ενδιαφερθήκατε πρώτα για τα SLABs μέσα από τη δουλειά σας στο Breakthrough Listen. Άρα, η κύρια δουλειά σας είναι το κυνήγι εξωγήινων, όχι μαύρων τρυπών. Ας ξεκινήσουμε από εκεί.
Brian Lacki: Το Breakthrough Listen είναι η μεγαλύτερη προσπάθεια για τη διεξαγωγή SETI, δηλαδή της αναζήτησης εξωγήινης νοημοσύνης. Είναι η επιστημονική αναζήτηση τεχνοϊχνών, δηλαδή ενδείξεων εξωγήινης τεχνολογίας. Ο βασικός τρόπος με τον οποίο το κάνουμε αυτό είναι παρατηρώντας ραδιοκύματα. Ψάχνουμε για σημάδια, για παράδειγμα, ραδιομεταδόσεων που καταλαμβάνουν ένα πολύ στενό εύρος συχνοτήτων. Πιστεύουμε ότι είναι πολύ δύσκολο να παραχθούν φυσικά, οπότε αν βρούμε κάτι τέτοιο και αν μπορέσουμε να αποκλείσουμε ότι πρόκειται για ραδιοπαρεμβολή από εμάς — πράγμα πολύ δύσκολο — τότε μπορεί να έχουμε μια ένδειξη κάποιου είδους εξωγήινης τεχνολογίας.
Υπάρχουν και άλλοι πιθανοί τρόποι να αναζητήσεις εξωγήινη νοημοσύνη, όπως πολύ σύντομοι παλμοί λέιζερ. Δεν πιστεύουμε πραγματικά ότι υπάρχει κάτι στο σύμπαν που να παράγει μια λάμψη φωτός διάρκειας μόνο ενός νανοδευτερολέπτου. Συνεργαζόμαστε με αρκετές διαφορετικές εγκαταστάσεις και προγράμματα σε όλο τον κόσμο για να αναζητήσουμε αυτές τις τεχνοϊχνές. Και είμαστε ουσιαστικά η μεγαλύτερη ομάδα που το κάνει.
Και πώς συνδέεται η αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης με αυτές τις τεράστιες μαύρες τρύπες;
Είμαι θεωρητικός. Εξετάζω τι μπορεί να υπάρχει εκεί έξω, και αυτό βοηθά να καταλάβουμε τι είδους πράγματα μπορούμε να αναζητήσουμε στην προσπάθεια να βρούμε ζωή. Έχουν προταθεί πολιτισμοί εξωγήινης νοημοσύνης που δεν θα μένουν απλώς στους πλανήτες τους, αλλά θα κατασκευάζουν πολύ μεγάλες δομές, στο μέγεθος ηλιακού συστήματος ή και μεγαλύτερες. Μία από αυτές ονομάζεται Dyson swarm, όπου περικλείεις ένα άστρο με ένα σύνολο στοιχείων που απορροφούν το φως και το χρησιμοποιούν για να τροφοδοτήσουν ό,τι χρειάζεται εκείνη η κοινωνία, είτε πρόκειται για κατοικία είτε για υπολογισμούς είτε για οτιδήποτε άλλο.
Πριν από περίπου 10 χρόνια, οι άνθρωποι άρχισαν να σκέφτονται ακόμη μεγαλύτερα και να εξετάζουν πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει κάτι τέτοιο σε γαλαξιακή κλίμακα. Πρότεινα ότι, αντί να τοποθετούνται σμήνη γύρω από άστρα, πολύ εξελιγμένες κοινωνίες θα μπορούσαν να βάζουν τεχνητούς κόκκους σκόνης στο διαστρικό μέσο, με έναν μικροσκοπικό υπολογιστή μέσα στον καθένα. Αυτά τα σωματίδια σκόνης θα απορροφούσαν ακόμη το φως των άστρων, αλλά επειδή θα βρίσκονταν πολύ πιο μακριά, θα ήταν πολύ ψυχρά. Μιλάμε για θερμοκρασία λίγο πάνω από εκείνη του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου, ίσως 3 ή 4 Kelvin. Ο λόγος που μια νοημοσύνη θα το έκανε αυτό είναι η αποδοτικότητα: όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο περισσότερους υπολογισμούς μπορείς να κάνεις με μια ποσότητα ενέργειας.
Έπειτα πήγα ένα βήμα παραπέρα και πρότεινα ότι, αν θέλεις πραγματικά να φτάσεις στα άκρα και να χρησιμοποιήσεις όσο το δυνατόν περισσότερους μικροσκοπικούς υπολογιστές, ίσως να ήθελες ακόμη και να αξιοποιήσεις μια τεράστια μαύρη τρύπα μάζας ενός τετράκις εκατομμυρίου ηλιακών μαζών για να ψύξεις τους μικρούς υπολογιστές σου, επειδή θα μπορούσες να χωρέσεις τόσους πολλούς στον χώρο γύρω της. Όλα αυτά είναι εικασίες, αλλά το βασικό είναι το εξής: αν μια τέτοια μαύρη τρύπα υπήρχε, τότε θεωρητικά θα μπορούσαμε να την εντοπίσουμε.
Η καθημερινή δουλειά του Brian Lacki αφορά τρόπους με τους οποίους θα μπορούσαμε να αναζητήσουμε σημάδια προηγμένων εξωγήινων κοινωνιών Jeff Kravitz/FilmMagic/Getty
Αυτό ακούγεται απίστευτο. Φανταζόσασταν εξωγήινες κοινωνίες να χρησιμοποιούν αυτές τις stupendously large black holes σαν θερμική δεξαμενή, όπως το ψυκτικό σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου.
Ναι, αυτή είναι μία πιθανή χρήση. Μια άλλη ιδέα είναι ότι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μια θερμική μηχανή, όπου η θερμότητα θα ρέει, για παράδειγμα, από το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο προς τη μαύρη τρύπα. Θα μπορούσες να αξιοποιήσεις αυτή τη ροή θερμότητας για να παράγεις ενέργεια σε κοσμική κλίμακα.
Όμως, μήπως ένα SLAB αποκλείεται από όσα ήδη γνωρίζουμε για το σύμπαν;
Γνωρίζουμε δύο βασικούς τύπους μαύρων τρυπών. Υπάρχουν οι μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, που συνήθως φτάνουν μέχρι περίπου 100 ηλιακές μάζες, και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών, που κυμαίνονται από περίπου ένα εκατομμύριο ηλιακές μάζες έως μερικές δεκάδες δισεκατομμύρια.
Οι περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι οι μεγαλύτερες. Όταν το αέριο πλησιάζει πολύ τη μαύρη τρύπα, παράγει πολλή ακτινοβολία. Μπορεί να δημιουργήσει πίδακες σωματιδίων, μπορεί να δημιουργήσει ανέμους, και όλα αυτά λειτουργούν σαν πίεση που ωθεί την ύλη προς τα έξω. Έτσι, είχε θεωρηθεί ότι, εξαιτίας αυτού του μηχανισμού που «πνίγει» την ανάπτυξη, μια μαύρη τρύπα δεν θα μπορούσε να μεγαλώσει πέρα από περίπου 100 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες. Όμως δεν το γνωρίζουμε με βεβαιότητα.
Δεν ήσασταν ο πρώτος που σκέφτηκε τα SLABs. Ποιος διατύπωσε πρώτος την ιδέα ότι μπορεί να υπάρχουν; Και πώς φτάνουν τόσο μεγάλα;
Ο πρώτος που τα σκέφτηκε συστηματικά — και έδωσε το όνομα — ήταν ο αστρονόμος Bernard Carr στο Queen Mary University London. Ο Carr και οι συνεργάτες του πρότειναν το 2020 ότι τα SLABs θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Θεωρείται ότι ίσως υπήρξαν σπάνιες διακυμάνσεις στο κατά τα άλλα ομοιόμορφο πεδίο πυκνότητας του σύμπαντος αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και αυτές θα μπορούσαν να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες. Αυτές οι υποθετικές μαύρες τρύπες από την αυγή του χρόνου ονομάζονται πρωταρχικές μαύρες τρύπες. Και αν αυτές οι διακυμάνσεις ήταν μεγάλες, καλύπτοντας τεράστιες περιοχές του διαστήματος, τότε θα μπορούσαν να προκύψουν αυτές οι stupendously large black holes.
Ο Carr έθετε το εξής ερώτημα: αν υπήρχε ένας πληθυσμός μαύρων τρυπών με μάζα ενός τρισεκατομμυρίου ηλιακών μαζών ή και περισσότερο, θα το ξέραμε; Ο λόγος που το πρότεινε, νομίζω, είναι επειδή είναι μια πιθανότητα και οι άνθρωποι απλώς δεν είχαν σκεφτεί να την εξετάσουν. Φαίνεται εφικτό με βάση τους νόμους της φυσικής. Υπάρχουν εκεί έξω και απλώς δεν έχουμε σκεφτεί να τις αναζητήσουμε; Πρέπει να το ελέγξουμε.
Το αιώνιο κυνήγι του γιγάντιου μετεωρίτη που εξαφανίστηκε
Ένας στρατιώτης επέστρεψε από τη Σαχάρα το 1916 με μια απίστευτη ιστορία για έναν μετεωρίτη που ξεπερνούσε όλους τους άλλους. Πάνω από 100 χρόνια αναζητήσεων δεν έφεραν αποτέλεσμα — αλλά τώρα δίδυμοι αδελφοί πιστεύουν ότι έλυσαν το μυστήριο
Και οι πρωταρχικές μαύρες τρύπες, γενικά, έχουν κινήσει το ενδιαφέρον των φυσικών επειδή αναρωτιούνται αν μπορεί να είναι η πραγματική ταυτότητα της σκοτεινής ύλης.
Έχουν αναζητηθεί και άλλα σωματιδιακά είδη σκοτεινής ύλης, όπως τα αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια, γνωστά ως WIMPs. Πιστευόταν ότι θα άρχιζαν να εμφανίζονται στα πειράματα σωματιδιακής φυσικής, αλλά δεν έχουν εμφανιστεί μέχρι στιγμής. Έτσι, οι επιστήμονες εξετάζουν άλλους υποψήφιους για τη σκοτεινή ύλη, ένας από τους οποίους είναι οι πρωταρχικές μαύρες τρύπες.
Θα μπορούσαν τα ίδια τα SLABs να αποτελούν μεγάλο ποσοστό της σκοτεινής ύλης;
Σίγουρα όχι μέσα σε έναν γαλαξία, γιατί τότε θα υπερίσχυαν σε μάζα του ίδιου του γαλαξία. Όμως θα μπορούσαν να υπάρχουν ως μέρος της διάχυτης σκοτεινής ύλης εκεί έξω. Δεν θα επηρέαζαν την περιστροφή μεμονωμένων γαλαξιών, αλλά θα μπορούσαν να αποτελούν μέρος του κοσμικού ιστού της σκοτεινής ύλης που συνδέει διαφορετικούς γαλαξίες.
Έχουμε κάποια ελπίδα να βρούμε ποτέ ένα SLAB;
Ο Carr και οι συνεργάτες του πρότειναν διάφορους τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να γίνει η αναζήτηση. Ένα σημάδι είναι ότι, αν υπήρχε κάτι πραγματικά τεράστιο εκεί έξω, στο διαγαλαξιακό διάστημα, η βαρύτητά του θα άρχιζε να τραβάει άλλους γαλαξίες. Θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε όλους αυτούς τους γαλαξίες να κινούνται προς κάτι αόρατο. Εξέτασαν επίσης ότι, αν αυτή η μαύρη τρύπα βρισκόταν στο διαγαλαξιακό διάστημα, ύλη θα έπεφτε μέσα της από το διαγαλαξιακό μέσο· θα θερμαινόταν και θα εξέπεμπε ακτινοβολία καθώς έπεφτε. Έτσι, αναζήτησαν αυτή την ακτινοβολία. Ωστόσο, δεν έχουμε δει μέχρι στιγμής ενδείξεις τέτοιων χαρακτηριστικών.
Η μαύρη τρύπα M87*, στο κέντρο ενός κοντινού γαλαξία, όπως φωτογραφήθηκε από τη συνεργασία Event Horizon Telescope το 2019 EHT Collaboration
Η μαύρη τρύπα M87*, στο κέντρο ενός κοντινού γαλαξία, όπως φωτογραφήθηκε από τη συνεργασία Event Horizon Telescope το 2019
Η πρόσφατη μελέτη σας αναζητά ένα διαφορετικό είδος στοιχείου για τα SLABs στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. Πώς γίνεται αυτή η αναζήτηση;
Το συγκεκριμένο στοιχείο που αναζητώ είναι η σκιά τους. Ίσως έχετε δει τις εικόνες του Sagittarius A* και του M87*, που είναι κοντινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, όπου μοιάζει κυριολεκτικά με μια μαύρη «τρύπα» που περιβάλλεται από αυτόν τον δακτύλιο φωτός από την ύλη που πέφτει γύρω της. Αν έχεις μια μαύρη τρύπα μπροστά σε ένα φωτεινό υπόβαθρο, η μαύρη τρύπα απορροφά μέρος αυτού του φωτός, οπότε ουσιαστικά βλέπεις μια μαύρη «τρύπα» στον ουρανό. Ορισμένες από αυτές τις μαύρες τρύπες μπορεί να είναι πολύ μεγάλες. Αν έχεις μια μαύρη τρύπα μάζας ενός εξακισεκισεκατομμυρίου ηλιακών μαζών, τότε είναι σημαντικά μεγαλύτερη από έναν γαλαξία και σχηματίζει μια μαύρη κηλίδα πάνω στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο.
Λοιπόν, το βρήκατε τελικά κάτι;
Έχουμε ήδη έρευνες του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου από πολύ ευαίσθητα τηλεσκόπια και τις εξετάσαμε για να δούμε αν μπορούμε να εντοπίσουμε μικρές βυθίσεις και εξάρσεις στη θερμοκρασία του, πράγματα πολύ πιο λεπτά από μια μαύρη κηλίδα. Το γεγονός ότι δεν βλέπουμε κάτι τέτοιο μέχρι στιγμής δεν αποκλείει τα SLABs, αλλά δείχνει ότι, αν υπάρχουν, είναι εξαιρετικά σπάνια. Η ανάλυσή μας έδειξε ότι μαύρες τρύπες μεγαλύτερες από εκατό τετράκις εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου είναι τόσο σπάνιες, που δεν υπάρχει καμία μέσα στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας.
Είχαμε δει πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και δεν ήταν αυτό που περιμέναμε
Η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν η αρχή των πάντων, αλλά ήταν αδύνατο να δούμε τι προηγήθηκε. Τώρα, ένα νέο είδος κοσμολογίας αρχίζει να σηκώνει το πέπλο από την απαρχή του χρόνου
Αν βρίσκαμε ποτέ στοιχεία για ένα SLAB, τι θα μπορούσαμε να μάθουμε;
Αν τα βρίσκαμε, το πιθανότερο είναι ότι θα ήταν πρωταρχικά. Αυτό θα μας έδειχνε ότι κάτι συνέβη λίγο πριν παραχθεί το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, λίγες χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Υπήρξε κάποια άγνωστη φυσική διεργασία που, κατά διαστήματα, δημιουργούσε αυτές τις stupendously large black holes. Και νομίζω ότι αυτό θα ήταν συναρπαστικό, γιατί θα αποτελούσε ένδειξη κάποιας νέας φυσικής, που δεν ξέραμε καν ότι έπρεπε να αναζητήσουμε.
Πέρα από το SETI και τα SLABs, τι σας ενθουσιάζει περισσότερο αυτή την περίοδο στην αστρονομία;
Οι αρχαιότεροι και πιο μακρινοί γαλαξίες που μπορούμε να δούμε αυτή τη στιγμή έχουν ηλικία περίπου 13,5 δισεκατομμυρίων ετών. Όμως υπάρχει ένα κενό ανάμεσα σε αυτούς και στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, που είναι το αρχαιότερο πράγμα που μπορούμε να δούμε, αφού απελευθερώθηκε λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια πριν από τους αρχαιότερους γαλαξίες. Αυτό που έχει ενδιαφέρον για αυτή την περίοδο — τη λεγόμενη κοσμική σκοτεινή εποχή — είναι ότι, αν λάβεις υπόψη πόσο έχει διασταλεί ο χώρος και πόσο γρήγορα επεκτεινόταν τότε το σύμπαν, στην πραγματικότητα αποτελεί ένα εκπληκτικά μεγάλο μέρος του σύμπαντος. Ακόμη και με πράγματα όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, όπου βλέπουμε τους πιο μακρινούς και παλιούς γαλαξίες, εμείς μπορούμε
