Διαστημικά τσουνάμι!

Στη Γη, σεισμοί και υποθαλάσσιες ηφαιστειακές εκρήξεις σε ορισμένες περιπτώσεις εκτοπίζουν απότομα τεράστιες ποσότητες νερού, δημιουργώντας τσουνάμι, κύματα που όταν πλησιάζουν στη στεριά μπορεί να φτάσουν σε ύψος αρκετών μέτρων, σαρώνοντας τελικά τα πάντα στα παράλια. Τώρα προσομοιώσεις που έκαναν αστροφυσικοί σε υπολογιστή, δείχνουν ότι στο βαθύ Διάστημα, δομές που μοιάζουν με τσουνάμι μπορεί να σχηματιστούν σε ασύγκριτα μεγαλύτερες κλίμακες, από τα αέρια που δραπετεύουν από τη βαρυτική έλξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, όπως αυτή που θεωρείται ότι υπάρχει στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.

Οι νόμοι της Φυσικής που ισχύουν στη Γη, ισχύουν και παντού αλλού, στον χώρο έξω από τον ορίζοντα γεγονότων των μαύρων τρυπών. Οταν μια μαύρη τρύπα, με μάζα μεγαλύτερη από ένα εκατομμύριο φορές τη μάζα του Ηλιου, τροφοδοτηθεί με υλικό από τον δίσκο που την περιβάλλει στο κέντρο ενός γαλαξία, το όλο σύστημα αποκαλείται «ενεργός γαλαξιακός πυρήνας». Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες μπορεί να έχουν σχετικιστικούς (που κινούνται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός) πίδακες υλικών στους πόλους τους και έναν πυκνό μανδύα υλικών που αποκρύπτει τη δραστηριότητα στο εσωτερικό τους. Αλλά το πλάσμα (ιονισμένη μορφή της ύλης) που περιφέρεται πάνω από τον δίσκο, αρκετά μακριά, ώστε να μην πέσει μέσα στη μαύρη τρύπα, λάμπει με εξαιρετικά έντονη ακτινοβολία-Χ.

Ισχυροί άνεμοι, που κατά ένα μέρος προκαλούνται από την πίεση αυτής της ακτινοβολίας στα υλικά γύρω από τη μαύρη τρύπα, δημιουργούν τη λεγόμενη «εκροή». Οι ερευνητές θέλουν να κατανοήσουν τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις των αερίων και των ακτίνων-Χ και όχι μόνο κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, εκεί που παράγονται οι ακτίνες-Χ. Η επίδραση των ακτίνων-Χ μπορεί να φτάσει σε απόσταση δεκάδων ετών φωτός από τη μαύρη τρύπα. Εκτός από την πρόκληση εκροών, η ακτινοβολία-Χ μπορεί να εξηγήσει την παρουσία διαφόρων πυκνότερων περιοχών, που ονομάζονται νέφη και είναι δέκα φορές πιο θερμά από την επιφάνεια του Ηλιου, ενώ κινούνται με την ταχύτητα του ηλιακού ανέμου.

Στρόβιλοι

Μια ομάδα ερευνητών του Εθνικού Εργαστηρίου Λος Αλαμος των ΗΠΑ έδειξε για πρώτη φορά, με τη βοήθεια των προσομοιώσεων που έκανε, πόσο πολύπλοκα μπορεί να είναι τα νέφη στις εκροές από τη μαύρη τρύπα. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι ακριβώς στην περιοχή που η βαρυτική έλξη της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας χαλαρώνει τον θανάσιμο εναγκαλισμό της γύρω ύλης, η σχετικά πιο κρύα ατμόσφαιρα του περιστρεφόμενου δίσκου της τρύπας μπορεί να σχηματίσει κύματα, όπως αυτά που σχηματίζονται στον ωκεανό. Αλληλεπιδρώντας με τους θερμούς ανέμους υλικού από το κέντρο, αυτά τα κύματα μπορεί να σχηματίσουν δομές σπειροειδών δινών, ύψους 10 ετών φωτός πάνω από τον δίσκο, δηλαδή περισσότερο από το διπλάσιο της απόστασης του Ηλιου από το κοντινότερο σε αυτόν άστρο. Οταν μπορέσουν να σχηματιστούν τα νέφη μορφής τσουνάμι, δεν μπορούν να τιθασευτούν πια από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.

Οι προσομοιώσεις δείχνουν πως οι προερχόμενες από το πλάσμα ακτίνες-Χ κοντά στη μαύρη τρύπα αρχικά φουσκώνουν θύλακες θερμών αερίων μέσα στην ατμόσφαιρα του δίσκου συσσώρευσης, σε ικανή απόσταση από τον ενεργό γαλαξιακό πυρήνα. Το θερμό πλάσμα (εκατοντάδων χιλιάδων έως δεκάδων εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου) ανεβαίνει σαν μπαλόνι, που φουσκώνει όλο και περισσότερο μέσα στα λιγότερο θερμά περιβάλλοντα αέρια. Αυτοί οι θερμοί θύλακες όταν φτάνουν στα άκρα του δίσκου συσσώρευσης προκαλούν μια διαταραχή που διαδίδεται προς τα έξω. Καθώς τα σωματίδια των αερίων σχηματίζουν μια γιγαντιαία δομή τύπου τσουνάμι, παρεμποδίζουν τον άνεμο του δίσκου συσσώρευσης, προκαλώντας ένα χαρακτηριστικό μοτίβο από σπειροειδείς δομές, γνωστό ως δρόμο δινών Κάρμαν. Οι δρόμοι δινών Κάρμαν είναι κοινό μετεωρολογικό φαινόμενο στη Γη, το οποίο οι μηχανικοί παίρνουν υπόψη, ειδικά στην κατασκευή γεφυρών.

Τα αποτελέσματα των νέων προσομοιώσεων έρχονται σε αντίθεση με την κρατούσα θεωρία ότι τα νέφη στην περιφέρεια ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα σχηματίζονται αυθόρμητα από θερμά αέρια, εξαιτίας αστάθειας των ρευστών. Σε αντίθεση έρχονται και με την ιδέα ότι χρειάζονται μαγνητικά πεδία για την προώθηση ψυχρότερων αερίων από τον δίσκο μέσα στον άνεμο. Τώρα οι ερευνητές περιμένουν από τους αστρονόμους να χρησιμοποιήσουν τα τηλεσκόπια για να δουν σημάδια αυτής της δυναμικής που αποκάλυψαν οι προσομοιώσεις. Κανένα τροχιακό τηλεσκόπιο δεν μπορεί ακόμη να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα, αν και το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ Τσάντρα, της NASA, και το XMM-Newton του ESA, έχουν ανιχνεύσει πλάσμα κοντά σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες με θερμοκρασίες και ταχύτητες που ταιριάζουν με τις προβλέψεις των προσομοιώσεων. Τρία νέα τηλεσκόπια, ένα αμερικανικό, ένα ιαπωνικό και ένα ευρωπαϊκό, που πρόκειται να τεθούν σε τροχιά το επόμενο διάστημα, ίσως συμβάλουν στη βαθύτερη κατανόηση των φαινομένων γύρω από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ

Πηγές: www.nasa.gov, www.cnsa.gov.cn