Για δεκαετίες, η κυρίαρχη εικόνα για τη γέννηση των μελανών οπών ήταν απλή: ένα τεράστιο άστρο φτάνει στο τέλος της ζωής του, εκρήγνυται σε σουπερνόβα και αφήνει πίσω του μια μαύρη τρύπα. Τώρα, μια νέα ανατρεπτική έρευνα δείχνει ότι η πραγματικότητα του σύμπαντος είναι πολύ πιο περίπλοκη και ενδιαφέρουσα από αυτό.
Ιεραρχική Συγχώνευση: Μαύρες τρύπες που γεννιούνται από… μαύρες τρύπες
Ερευνητές του MIT ανέλυσαν 155 ζεύγη μαύρων τρυπών που εντοπίστηκαν από το δίκτυο ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων LIGO στις ΗΠΑ, καθώς και από τους συνεργάτες του Virgo στην Ιταλία και KAGRA στην Ιαπωνία. Το συμπέρασμά τους, που δημοσιεύθηκε στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, ανατρέπει τα όσα ξέραμε:
Σημαντικό εύρημα: Περίπου το 14% των μαύρων τρυπών που παρατηρούμε να συγχωνεύονται δεν προήλθαν από την έκρηξη ενός άστρου, αλλά από την προηγούμενη σύγκρουση δύο μικρότερων μαύρων τρυπών.
Αυτές ονομάζονται «δεύτερης γενιάς» μαύρες τρύπες, και η ύπαρξή τους επιβεβαιώνει μια διαδικασία που οι επιστήμονες ονομάζουν ιεραρχική συγχώνευση.
Πώς το ξέρουμε: Το αποτύπωμα στα βαρυτικά κύματα
Η απόδειξη κρύβεται στον τρόπο που αυτά τα σώματα κινούνται καθώς πλησιάζουν το ένα το άλλο. Όταν δύο μαύρες τρύπες στροβιλίζονται η μία γύρω από την άλλη, εκπέμπουν βαρυτικά κύματα. Αν οι άξονες περιστροφής τους δεν είναι ευθυγραμμισμένοι με το επίπεδο της τροχιάς τους, εμφανίζεται το φαινόμενο της μετάπτωσης (orbital precession).
Πρόκειται για μια χαρακτηριστική ταλάντωση που θυμίζει τον τρόπο που «κουνιέται» μια σβούρα όταν χάνει την ισορροπία της. Αυτή η κίνηση αφήνει ένα πολύ συγκεκριμένο αποτύπωμα στα σήματα που λαμβάνουμε στη Γη.
Οι μαύρες τρύπες δεύτερης γενιάς αναγνωρίζονται από δύο βασικά χαρακτηριστικά:
- Υψηλή ταχύτητα περιστροφής (Spin): Έχουν κληρονομήσει τεράστια ενέργεια περιστροφής από την πρώτη τους σύγκρουση.
- Κλίση άξονα (Tilt) και ασυμμετρία: Οι άξονές τους είναι «στραβοί» σε σχέση με την τροχιά τους, και συνήθως η μία από τις δύο έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από την άλλη.
Η ομάδα του MIT δημιούργησε ένα μοντέλο για να εντοπίσει αυτό ακριβώς το μοτίβο στα δεδομένα, και το βρήκε σε περίπου ένα στα επτά ζεύγη.
Πού γεννιούνται αυτά τα κοσμικά τέρατα
Η δημιουργία τους απαιτεί πολύ συγκεκριμένα περιβάλλοντα. Συμβαίνει σε πυκνά αστρικά σμήνη, όπου πάρα πολλά άστρα ζουν κοντά το ένα το άλλο. Όταν αυτά πεθαίνουν και μετατρέπονται σε μαύρες τρύπες, η κοντινή απόσταση διευκολύνει τη συνάντηση και τη συγχώνευσή τους. Από αυτή τη σύγκρουση προκύπτει μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, η οποία μπορεί στη συνέχεια να τραβήξει μια άλλη, σε μια αλυσίδα που θεωρητικά δεν έχει τέλος.
Όπως εξηγεί η Κέιλεν Πλάνκετ (Kaelen Plunkett), μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο MIT και επικεφαλής της μελέτης: «Αυτό θα μπορούσε να επαναλαμβάνεται δυνητικά επ’ αόριστον, λόγω του ότι υπάρχει τεράστιος αριθμός άστρων και μαύρων τρυπών σε αυτό το πολύ πυκνό περιβάλλον».
Το μυστήριο της «Νεκρής Ζώνης» Μάζας (Mass Gap)
Η ανακάλυψη αυτή λύνει ένα μεγάλο μυστήριο σχετικά με το μέγεθος που μπορούν να έχουν οι μαύρες τρύπες:
- Τι λέει η θεωρία: Σύμφωνα με τη θεωρία της αστρικής εξέλιξης, η έκρηξη ενός άστρου (σουπερνόβα) δεν μπορεί να παράγει μαύρη τρύπα με μάζα μεταξύ 45 και 120 ηλιακών μαζών. Αυτό το εύρος ονομάζεται «νεκρή ζώνη» (mass gap), γιατί θεωρητικά είναι άδεια.
- Τι βλέπουν οι ανιχνευτές: Ο ανιχνευτής LIGO έχει εντοπίσει επανειλημμένα μαύρες τρύπες που βρίσκονται ακριβώς μέσα σε αυτή τη νεκρή ζώνη.
Η ιεραρχική συγχώνευση δίνει την απάντηση. Μαύρες τρύπες που έχουν ήδη συγχωνευτεί μια φορά, μπορούν εύκολα να ξεπεράσουν το όριο των 45 ηλιακών μαζών. Ωστόσο, η μελέτη δείχνει ότι αυτός ο μηχανισμός δεν εξηγεί όλες τις περιπτώσεις, αποδεικνύοντας ότι το σύμπαν κρύβει ακόμα αρκετά μυστικά για τα πιο ακραία αντικείμενά του.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
