Το αστέρι που οι αστρονόμοι ονομάζουν S301 δεν είναι ένα συνηθισμένο σφαιρίδιο πύριμου πλάσματος. Για αρχή, αυτό το πρόσφατα ανακαλυφθέν αστέρι ταξιδεύει με περισσότερη από το 8% της ταχύτητας του φωτός. Αν ανοιγοκλείσεις τα μάτια σου, θα το χάσεις. Υπάρχει όμως κάτι ακόμα πιο εντυπωσιακό: το απλό γεγονός ότι δεν θα έπρεπε να υπάρχει.
Το S301 δεν είναι μια μεμονωμένη ιδιορρυθμία. Είναι το ταχύτερο γνωστό μέλος ενός είδους «υπεραυτοκινητόδρομου» άστρων που περιστρέφονται μανιωδώς γύρω από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας. Η ακραία βαρύτητα σε αυτή την περιοχή εξηγεί γιατί τα αστέρια κινούνται τόσο γρήγορα και γιατί η ίδια η ύπαρξή τους είναι απίθανη. Οι μαύρες τρύπες συνήθως διαλύουν τα νέφη αερίου και σκόνης από τα οποία σχηματίζονται τα αστέρια.
Το ότι όμως αυτά τα αστέρια υπάρχουν –και πλέον μπορούμε να τα παρατηρήσουμε– είναι εξαιρετικά χρήσιμο. Το κέντρο του Γαλαξία μας είναι τόσο φωτεινό και τόσο πυκνό, ώστε για δεκαετίες ελάχιστα μπορούσαμε να διακρίνουμε για όσα συνέβαιναν εκεί. Σήμερα, χάρη στο S301 και όμοιά του, αυτό αλλάζει γρήγορα. «Είναι ένα τόσο όμορφο αστρονομικό σύστημα», λέει ο αστρονόμος Stefan Gillessen από το Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics στη Γερμανία. «Είναι ένα δώρο μπροστά στην πόρτα μας, και το μόνο που χρειάζεται είναι να συνεχίσουμε να το παρατηρούμε. Θα μάθουμε πάρα πολλά».
Και υπάρχουν πολλά ακόμη να μάθουμε. Τα αστέρια ίσως αποκαλύψουν κρυφές ιδιότητες της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας, να φανερώσουν τι κρύβεται γύρω της και ακόμη και να δοκιμάσουν τη βαρύτητα σε ένα από τα πιο ακραία σημεία του σύμπαντος.
Τα συγκλονιστικά ευρήματα που απαιτούν νέα θεωρία για το σύμπαν
Η Γη βρίσκεται σε έναν από τους σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία, περίπου 26.500 έτη φωτός από το κέντρο του. Από τη θέση μας στα ήσυχα γαλαξιακά προάστια, η προσπάθεια να κοιτάξουμε προς το κέντρο του Γαλαξία μοιάζει με το να κοιτάμε με μισόκλειστα μάτια τη δέσμη ενός προβολέα. Η περιοχή είναι τόσο πυκνή και λάμπει τόσο έντονα, ώστε για το μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας της αστρονομίας υπήρχαν ελάχιστες ελπίδες να διακριθούν μεμονωμένα αντικείμενα. «Αυτή η περιοχή είναι ένα απόλυτο χάος… είναι ο σκουπιδοτενεκές του σύμπαντος», λέει ο Albert Zijlstra, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στη Βρετανία. «Σχεδόν ό,τι είναι ενδιαφέρον καταλήγει σε αυτή την περιοχή του διαστήματος λόγω της βαρύτητας της μαύρης τρύπας – όλα πέφτουν εκεί μέσα – οπότε είναι πολύ χαοτικό και δύσκολο να το καταλάβεις».
Αυτό δεν ήταν το μόνο πρόβλημα. Η ατμόσφαιρα της Γης θόλωνε την εικόνα μας, κάνοντας ιδιαίτερα δύσκολη τη διάκριση μικρών αντικειμένων. Και όλη η περιοχή καλύπτεται επίσης από τεράστια νέφη σκόνης και αερίου. Η κεντρική μαύρη τρύπα, που ονομάζεται Sagittarius A*, δεν ανακαλύφθηκε παρά μόλις το 1974, λίγες δεκαετίες μετά το συμπέρασμα των αστρονόμων ότι η γειτονιά της ήταν, στην πραγματικότητα, το κέντρο του Γαλαξία.
Μόλις πρόσφατα οι αστρονόμοι μπόρεσαν να δουν μέσα σε αυτό το χάος αρκετά καλά ώστε να ξεχωρίσουν μεμονωμένα αστέρια. «Σκέψου μια μικρή πυγολαμπίδα δίπλα στα φώτα ενός αυτοκινήτου — αν δεν έχεις πάρα πολύ καλή όραση, μπορεί να τη χάσεις», λέει ο Gillessen. «Αυτό που χρειάζεσαι είναι η διακριτική ικανότητα μιας πολύ μεγάλης μηχανής». Με άλλα λόγια, ενός πολύ μεγάλου τηλεσκοπίου.
Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα: δεν έχουμε ένα τέτοιο, τουλάχιστον όχι ακόμη. Ένα συμβατικό τηλεσκόπιο θα χρειαζόταν έναν καθρέφτη διαμέτρου περίπου 30 έως 40 μέτρων για να ξεχωρίσει αυτά τα εξαιρετικά κοντινά αστέρια. Και παρότι αρκετά τέτοια παρατηρητήρια κατασκευάζονται, οι αστρονόμοι δεν θέλουν να περιμένουν. «Είμαστε πολύ ανυπόμονοι άνθρωποι», λέει ο Gillessen. Έτσι, βρήκαν έξυπνες λύσεις για να ρίξουν μια ματιά στα αστέρια κοντά στο γαλαξιακό κέντρο.
Κοιτάζοντας μέσα από τη λάμψη
Η πρώτη μεγάλη πρόοδος ήταν η προσαρμοστική οπτική. Αντί να βασίζεται σε έναν άκαμπτο καθρέφτη, η τεχνική χρησιμοποιεί έναν καθρέφτη που μπορεί να αλλάζει ανεπαίσθητα σχήμα εκατοντάδες ή και χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο. Αυτές οι μικρές διορθώσεις ακυρώνουν το θόλωμα που προκαλεί η ταραχώδης ατμόσφαιρα της Γης, βελτιώνοντας θεαματικά την εικόνα.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, δύο ομάδες –η μία υπό τον Reinhard Genzel στο Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics και η άλλη υπό την Andrea Ghez στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες– χρησιμοποίησαν προσαρμοστική οπτική για να εντοπίσουν τα πρώτα αστέρια κοντά στο κέντρο του Γαλαξία. Αυτά τα αστέρια κινούνταν με περίπου 2.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο και περνούσαν σε απόσταση μικρότερη από έναν φωτεινό μήνα από τη Sagittarius A*. «Φαινόταν σαν μαγεία, η ανάλυση που πετύχαιναν», λέει ο Zijlstra για τις πρώτες αυτές παρατηρήσεις.
Έπειτα, το 2002, η ομάδα του Genzel βρήκε ένα αστέρι που θα κυριαρχούσε στο πεδίο για χρόνια, το S0-2. Στο πλησιέστερο σημείο του προς τη Sagittarius A* φτάνει σε απόσταση μόλις 17 φωτεινών ωρών και αγγίζει περίπου τα 7.650 km/s, σχεδόν το 3% της ταχύτητας του φωτός. Παρακολουθώντας την τροχιά του, ο Genzel και η Ghez μπόρεσαν να αρχίσουν να υπολογίζουν τη μάζα ό,τι κι αν βρισκόταν στο κέντρο του Γαλαξία. Έπρεπε να είναι εξαιρετικά μαζικό και εξαιρετικά συμπαγές – πειστική απόδειξη ότι η Sagittarius A* ήταν, πράγματι, μια μαύρη τρύπα.
Το επόμενο άλμα ήρθε το 2018, όταν το S0-2 έκανε άλλη μία κοντινή διέλευση. Αυτή τη φορά, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν συμβολομετρία, μια τεχνική που συνδυάζει το φως που συλλέγουν πολλά τηλεσκόπια ώστε να δημιουργηθεί η εντύπωση ενός πολύ μεγαλύτερου παρατηρητηρίου. Έτσι μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την τροχιά του αστεριού με πρωτοφανή ακρίβεια και να προσδιορίσουν τη μάζα της Sagittarius A*. Η δουλειά αυτή χάρισε στους Genzel και Ghez το Νόμπελ το 2020. Όμως αυτό ήταν μόνο η αρχή.
Τα αστέρια που περιφέρονται γύρω από τη γιγάντια μαύρη τρύπα του γαλαξία μας είναι από μόνα τους αινιγματικά. Καθώς οι αστρονόμοι παρατηρούσαν πιο προσεκτικά το κέντρο του Γαλαξία, βρήκαν αστέρια που χωρίζονται σε τρεις διακριτές ομάδες. Υπάρχουν τα αστέρια S, που πλησιάζουν επικίνδυνα τη μαύρη τρύπα. Τα αστέρια του δίσκου, τα οποία ακολουθούν πιο τακτικές τροχιές πιο έξω. Και τα αστέρια εκτός δίσκου, των οποίων οι διαδρομές είναι πιο χαοτικές και μερικές φορές φαίνονται να κινούνται στην αντίθετη κατεύθυνση από τα υπόλοιπα.
Τα αστέρια S δημιουργούν ένα ιδιαίτερο αίνιγμα, και ένα μέρος του σχετίζεται με το πόσο εκπληκτικά νεαρά είναι. Αυτά τα αστέρια δεν μπορεί να ξεκίνησαν τη ζωή τους εκεί όπου βρίσκονται τώρα, γιατί δεν θα υπήρχαν αρκετά αέρια και σκόνη για να σχηματιστούν. Ταυτόχρονα, ανήκουν σε μια οικογένεια αστέρων που ζει μόνο περίπου 50 εκατομμύρια χρόνια, πολύ λίγο για να μετακινηθούν αργά και ήρεμα προς το κέντρο του Γαλαξία. «Η διάρκεια ζωής τους είναι μικρότερη από το διάστημα που πέρασε από την εξαφάνιση των δεινοσαύρων μέχρι σήμερα· αυτά τα αστέρια είναι νέα», λέει ο Gillessen. Πώς βρέθηκαν λοιπόν εκεί;
Ο αστροφυσικός που ίσως ετοιμάζεται να ανακαλύψει πώς ξεκίνησε το σύμπαν
Μία από τις επικρατέστερες υποθέσεις είναι ότι ξεκίνησαν ως διπλά συστήματα –δύο αστέρια που περιφέρονταν το ένα γύρω από το άλλο– σε πιο μακρινές τροχιές. Αν πλησίαζαν λίγο περισσότερο από όσο έπρεπε, η Sagittarius A* θα μπορούσε να τα διαλύσει, εκτοξεύοντας το ένα αστέρι έξω από τον γαλαξία με ακραίες ταχύτητες ως αστέρι υπερταχύτητας, ενώ το S αστέρι θα παρέμενε παγιδευμένο στη στενή του τροχιά. Αυτό θα επιτάχυνε τη διαδικασία, δίνοντας άφθονο χρόνο στα αστέρια S να φτάσουν εκεί όπου βρίσκονται σήμερα.
Αλλά αυτό αφήνει άλλο ένα αίνιγμα. Τα αστέρια S έχουν πολύ ελλειπτικές τροχιές, περνώντας κοντά από τη Sagittarius A* και έπειτα απομακρυνόμενα πολύ περισσότερο. Έτσι δημιουργείται μια εντυπωσιακή έλλειψη αστέρων σε κοντινές, κυκλικές τροχιές – η λεγόμενη ζώνη αποφυγής. Και αυτό είναι μέρος ενός μεγαλύτερου μυστηρίου: πώς βρέθηκαν τρεις διακριτές ομάδες αστέρων να συνυπάρχουν σε τόσο διαφορετικές τροχιές τόσο κοντά στη Sagittarius A*; Έχουν προταθεί εξηγήσεις για κάθε πληθυσμό αστέρων ξεχωριστά, αλλά μέχρι πρόσφατα καμία δεν μπορούσε να τις καλύψει και τις τρεις μαζί.
Η Xiaochen Zheng, ερευνήτρια στο Beijing Planetarium στην Κίνα, και οι συνεργάτες της πρότειναν μια τολμηρή λύση. Ίσως να υπάρχει ένα ακόμη μεγάλο αντικείμενο που παραμονεύει κοντά – μια μικρότερη μαύρη τρύπα, με μάζα από μερικές εκατοντάδες έως χίλιες φορές τη μάζα του Ήλιου, ή ένα πυκνό σμήνος αστέρων – σε τροχιά κοντά στη Sagittarius A*.
Αυτό το μυστηριώδες αντικείμενο θα μπορούσε να έχει εκτοξεύσει τα αστέρια που γεννήθηκαν από τον ίδιο δίσκο συντριμμιών στις σημερινές τους τροχιές και ίσως να εξηγεί και τη ζώνη αποφυγής. «Αυτό είναι το πρώτο ενιαίο μοντέλο που προσπαθεί να εξηγήσει ταυτόχρονα και τους τρεις πληθυσμούς, αντί να τους αντιμετωπίζει ξεχωριστά», λέει η Zheng.
Παραμένει αναπόδεικτο, αλλά η ομάδα έχει ήδη εντοπίσει ένα αντικείμενο που θα μπορούσε να έχει κάνει τη δουλειά, ένα σμήνος αστέρων που ονομάζεται IRS-13E και ίσως έχει στο κέντρο του μια μαύρη τρύπα με τη σωστή μάζα. Όπως συμβαίνει με τόσες ιδέες για το κέντρο του Γαλαξία μας, θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος παρατήρησης ολόκληρης της περιοχής για να φανεί αν η εκδοχή αυτή θα επιβεβαιωθεί.
Ξετυλίγοντας το μυστήριο της μαύρης τρύπας
Αν το να κοιτάς προς το κέντρο του Γαλαξία μοιάζει με το να στραβώνεις τα μάτια σου στον Ήλιο με γυμνό μάτι, η προσπάθεια να μελετήσεις την ίδια τη Sagittarius A* μοιάζει λίγο με το να προσπαθείς να καταλάβεις το εσωτερικό του Ήλιου. Μπορούμε να δούμε την ύλη γύρω της και το 2022 φωτογραφίσαμε ακόμη και τη σκιά της με το Event Horizon Telescope – αλλά η ίδια η μαύρη τρύπα είναι, από τη φύση της, αόρατη.
Ευτυχώς, οι μαύρες τρύπες είναι σχετικά απλά «πλάσματα». Πέρα από το ηλεκτρικό φορτίο τους, το οποίο δεν αναμένεται να διατηρούν για πολύ, έχουν μόνο δύο ιδιότητες που μετρούν πραγματικά: μάζα και στροφορμή. Χάρη στη δουλειά των Genzel και Ghez, γνωρίζουμε τη μάζα της Sagittarius A*. Η στροφορμή της όμως –δηλαδή ο ρυθμός περιστροφής της– παραμένει άπιαστη.
«Οι μαύρες τρύπες είναι διαβόητα δύσκολο να προσδιοριστούν», λέει ο αστροφυσικός Ziri Younsi στο University College London. «Μόλις και μετά βίας μπορούμε να μετρήσουμε τη μάζα τους, αλλά η στροφορμή είναι πολύ πιο δύσκολη. Όμως μόνο τα τελευταία 10 ή 15 χρόνια τα πράγματα έχουν προχωρήσει απίστευτα». Μπορούμε κατά προσέγγιση να μετρήσουμε τη στροφορμή πιο μακρινών μαύρων τρυπών εξετάζοντας την ύλη που πέφτει μέσα τους ή τα βαρυτικά κύματα που παράγονται όταν συγχωνεύονται. Όμως αυτοί οι δρόμοι είναι είτε υπερβολικά ανακριβείς είτε απλώς αδύνατοι για τη δική μας μαύρη τρύπα.
Η μέθοδος που δουλεύει είναι να παρακολουθήσεις ένα αστέρι μέχρι να ολοκληρώσει αρκετή από την τροχιά του ώστε να φανεί η επίδραση της μαύρης τρύπας. Το S0-2 χρειάζεται 16 χρόνια για να κάνει μια πλήρη περιφορά γύρω από τη Sagittarius A*. «Μόλις έχεις μια πλήρη τροχιά του S0-2 ή ενός από αυτά τα πολύ κοντινά αστέρια, μπορείς πλέον να ρωτήσεις: πώς λειτουργεί η βαρύτητα κοντά σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα;» λέει η Ghez. «Υπάρχει ένα αποτύπωμα των νόμων της βαρύτητας σε αυτές τις τροχιές, το οποίο μπορείς να αρχίσεις να μετράς».
Ένα τέτοιο αποτύπωμα ονομάζεται «μετάπτωση». Καθώς η μαύρη τρύπα περιστρέφεται, παρασύρει μαζί της το ίδιο το ύφασμα του χωροχρόνου. Αν η κατανόησή μας για τον χωροχρόνο είναι σωστή, αυτό θα πρέπει να μετατοπίζει ελαφρά τις τροχιές των κοντινών αστεριών, ώστε να μην ακολουθούν ακριβώς την ίδια διαδρομή σε κάθε περιφορά. Αν μετρήσεις αυτή τη μετατόπιση αρκετά ακριβώς, μπορείς κατ’ αρχήν να συμπεράνεις τη στροφορμή της μαύρης τρύπας. «Η δυναμική είναι πραγματικά απλή και όμορφη», λέει ο Gillessen. «Και τότε μπορείς να δοκιμάσεις τη θεωρία της βαρύτητάς σου με τον πιο άμεσο δυνατό τρόπο».
Αυτές οι δοκιμές ίσως μόλις έγιναν ευκολότερες. Το 2023, ο Gillessen και οι συνεργάτες του εντόπισαν το S301 με το Very Large Telescope στη Χιλή. Πρόκειται για ένα αστέρι που περνά 10 φορές πιο κοντά στη Sagittarius A* από το S0-2, πλησιάζοντας μόλις περίπου 1,8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη μαύρη τρύπα στο κοντινότερο σημείο του. Ολοκληρώνει μια τροχιά σε μόλις 8,7 χρόνια, κάτι που το καθιστά πολύ πιο ευαίσθητο ανιχνευτή της βαρύτητας της μαύρης τρύπας – και της στροφορμής της. Ο Gillessen θεωρεί ότι αυτό μπορεί να μειώσει την αναμονή για μια μέτρηση· ίσως να χρειαστεί μόλις μια δεκαετία, λέει.
Φυσικά, δεν θα είναι τόσο απλό όσο το να παρακολουθείς ένα μόνο αστέρι. «Πρέπει να βάλεις μαζί με ακρίβεια και σχολαστικότητα 30 χρόνια δεδομένων για να μετρήσεις αυτά τα φαινόμενα – είναι πολύ εύκολο να κάνεις λάθος», λέει η Ghez. Υπάρχουν πολλοί τρόποι να παρεισφρήσουν σφάλματα. «Περνάμε πολύ χρόνο και κόπο ανησυχώντας γι’ αυτό και σκεπτόμενοι πώς [αυτά τα πράγματα] θα έβγαζαν τα άσχημα κεφάλια τους».
Αλλά όταν μετρήσουμε τη στροφορμή της Sagittarius A*, θα ανοίξει ένα πρωτοφανές παράθυρο στις λεπτομέρειες της συμπεριφοράς του γαλαξία μας. Ένα διαρκές μυστήριο είναι γιατί η δική μας μαύρη τρύπα είναι τόσο πιο ήσυχη από άλλες του ίδιου μεγέθους. «Ο ρυθμός πρόσπτωσης μάζας της Sagittarius A* είναι γελοία χαμηλός. Αν την κλίμακες τη Sagittarius A* σε ανθρώπινη μάζα, θα ισοδυναμούσε με το να τρώει έναν κόκκο ρυζιού τον χρόνο», λέει ο Younsi. Κάτι φαίνεται να εμποδίζει την ύλη κοντά στη μαύρη τρύπα από το να πέσει πραγματικά μέσα της, και η περιστροφή της ίσως είναι μέρος της απάντησης.
Υπάρχει επίσης το μυστήριο του χαμένου πίδακά της. Πολλές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εκτοξεύουν τεράστιες δέσμες ενέργειας στο διάστημα και οι παρατηρήσεις άλλων γαλαξιών δείχνουν ότι το μέγεθος αυτών των πιδάκων μπορεί να συνδέεται με
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
