Ανάμεσα στους αναρίθμητους γαλαξίες του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, υπάρχουν και κάποιοι που ξεχωρίζουν. Ο πολύπλοκος «χορός» δύο κολοσσιαίων μαύρων τρυπών στον πυρήνα του γαλαξία OJ 287, περίπου 3,5 δισ. έτη φωτός μακριά, προκαλεί κάθε 12 χρόνια δύο παράξενες εκλάμψεις, τόσο εκτυφλωτικές που υπερβαίνουν την φωτεινότητα του Ήλιου κατά ένα τρισεκατομμύριο φορές. Η εμφάνιση της τελευταίας από αυτές προβλέφθηκε με εκπληκτική ακρίβεια, επιβεβαιώνοντας ένα θεώρημα που διατυπώθηκε στο ευρύτερο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΓΘΣ), σύμφωνα με το οποίο «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά».

Οι περισσότεροι γαλαξίες στο Σύμπαν φιλοξενούν στους πυρήνες τους τεράστιες μαύρες τρύπες με μάζα από εκατομμύρια μέχρι και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη απ’ αυτήν του Ήλιου. Ένα από τα πρώτα σημαντικά βήματα που οδήγησε την διεθνή επιστημονική κοινότητα σ’ αυτό το συμπέρασμα αποτέλεσε η ανακάλυψη των κβάζαρ, παράξενων υπερφωτεινών «αντικειμένων» στα πέρατα του Σύμπαντος, τα οποία εκλύουν τεράστια ποσά ενέργειας, από περιοχές που συνήθως δεν υπερβαίνουν σε μέγεθος την διάμετρο του Ηλιακού μας συστήματος.

Τα κβάζαρ εκλύουν ακτινοβολία σε ολόκληρο το εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και η εκτυφλωτική τους φωτεινότητα υπερβαίνει κατά πολύ την φωτεινότητα ενός «κοινού» γαλαξία, καθώς ο πυρήνας τους εκπέμπει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, ασύγκριτα μεγαλύτερης από αυτήν που θα μπορούσε να δικαιολογήσει ο αριθμός των άστρων που περιέχει. Αυτού του είδους οι γαλαξίες ονομάζονται ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες (Active Galactic Nuclei, AGN).

Περαιτέρω μελέτες στα χρόνια που ακολούθησαν την ανακάλυψή τους, οδήγησαν τους αστρονόμους στο συμπέρασμα ότι οι «μηχανές» που ενεργοποιούν τα κβάζαρ δεν μπορεί να είναι τίποτε άλλο από κολοσσιαίες μαύρες τρύπες. Καθώς, δηλαδή, η μαύρη τρύπα έλκει με το πανίσχυρο βαρυτικό της πεδίο τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλει, σχηματίζει γύρω της έναν αχανή περιστρεφόμενο δίσκο αερίων και σκόνης, γνωστό ως δίσκο προσαύξησης. Καθώς τα υλικά του δίσκου στροβιλίζονται με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα, όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της, υπερθερμαίνονται σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, εκλύοντας ακτινοβολία. Κάποιες φορές, μάλιστα, και για λόγους που δεν είναι ακόμη απολύτως κατανοητοί, ενεργητικοί πίδακες φορτισμένων σωματιδίων εκτινάσσονται από τους πόλους της μαύρης τρύπας, με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Αυτού του είδους οι πίδακες παράγουν επιπλέον ακτινοβολία, και όταν ο ένας από αυτούς εκτινάσσεται προς την γενικότερη κατεύθυνση του πλανήτη μας, ο AGN ονομάζεται blazar.

Ένα τέτοιο blazar είναι και ο γαλαξίας OJ 287. Το εκπληκτικό στην περίπτωση του γαλαξία αυτού είναι ότι δεν ενεργοποιείται από μία μόνο, αλλά από δύο κολοσσιαίες μαύρες τρύπες, η μικρότερη από τις οποίες έχει μάζα 150 εκατ. φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, δηλαδή κάπου 37 φορές μεγαλύτερη από την γιγάντια μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας. Η μεγαλύτερη, ωστόσο, περικλείει την μάζα 18 δισ. Ήλιων και είναι από τις μεγαλύτερες που έχουμε ανακαλύψει ποτέ! Και σαν να μην έφταναν όλα αυτά, 2 φορές κάθε 12 χρόνια, η φωτεινότητα του γαλαξία αυτού ενισχύεται ακόμη περισσότερο από δύο εκτυφλωτικές εκλάμψεις, που παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά ήδη από τα τέλη του 19ου αιώνα. Οι πολύχρονες προσπάθειες των επιστημόνων να κατανοήσουν το πολύπλοκο αυτό σύστημα και να προσδιορίσουν χρονικά την εμφάνιση των εκλάμψεων, αποκάλυψαν τι πραγματικά συμβαίνει στην καρδιά αυτού του blazar. Στον πυρήνα του γαλαξία κυριαρχεί η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, γύρω από την οποία στροβιλίζεται ένας αχανής δίσκος αερίων και σκόνης, που ακτινοβολεί όπως περίπου περιγράψαμε πιο πάνω. Η μικρότερη όμως μαύρη τρύπα, που περιφέρεται γύρω από την μεγαλύτερη, δεν κινείται στο ίδιο επίπεδο με αυτό του δίσκου προσαύξησης, αλλά σε μια 12-ετή επιμήκη τροχιά που τον τέμνει, γεγονός που την εξαναγκάζει να συγκρούεται ξανά και ξανά με τα υλικά που τον απαρτίζουν. Κάθε φορά που η μικρότερη μαύρη τρύπα «διεμβολίζει» τον δίσκο επαύξησης, απελευθερώνεται μία έκλαμψη τόσο εκτυφλωτική, που η φωτεινότητά της υπερβαίνει αυτήν του Ήλιου κατά 1 τρισ. φορές.

Η συστηματική παρατήρηση του γαλαξία αυτού οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η τροχιά της μικρότερης μαύρης τρύπας δεν είναι σταθερή, αλλά μετατοπίζεται, όπως περίπου συμβαίνει και με την τροχιά του Ερμή γύρω από τον Ήλιο, διαγράφοντας ένα μοτίβο που θυμίζει κάπως τα πέταλα μίας μαργαρίτας. Γι’ αυτό και οι χρονικές στιγμές κατά τις οποίες συγκρούεται με τα υλικά του δίσκου προσαύξησης, απελευθερώνοντας τις εκλάμψεις, δεν είναι σταθερές, αλλά μεταβάλλονται από τροχιά σε τροχιά, μεταβάλλοντας και το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα στην πρώτη και την δεύτερη έκλαμψη. Οι πολύχρονες προσπάθειες των επιστημόνων να υπολογίσουν τον πολύπλοκο τρόπο με τον οποίο η μικρότερη μαύρη τρύπα κινείται γύρω από την μεγαλύτερη, και κατά συνέπεια να προβλέψουν με ακρίβεια την εμφάνιση των εκλάμψεων, οδήγησε το 2010 σε ένα μαθηματικό μοντέλο, το οποίο σε γενικές γραμμές επιβεβαιώθηκε, όταν προέβλεψε με ακρίβεια τριών εβδομάδων μία έκλαμψη που παρατηρήθηκε τον Δεκέμβριο του 2015.

Για την πρόβλεψη της επόμενης έκλαμψης, ωστόσο, οι αστρονόμοι Seppo Laine (Spitzer Science Center, Caltech), Lankeswar Dey (Tata Institute of Fundamental Research, Ινδία) και οι συνάδελφοί τους αναβάθμισαν ακόμη περισσότερο το μαθηματικό τους μοντέλο, λαμβάνοντας υπόψη και την απώλεια ενέργειας του συστήματος των δύο μαύρων τρυπών μέσα από την έκλυση βαρυτικών κυμάτων. Καθώς, δηλαδή, οι δύο μαύρες τρύπες στροβιλίζονται η μία γύρω από την άλλη, αποβάλλουν ενέργεια με την μορφή βαρυτικών κυμάτων και οι τροχιές τους συρρικνώνονται όλο και περισσότερο, ώσπου εντέλει οι δύο μαύρες τρύπες θα συγκρουστούν και θα συγχωνευθούν.

Προκειμένου να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο η προβλεπτική ισχύς του νέου μοντέλου, οι αστρονόμοι έλαβαν υπόψη τους και ένα σημαντικό θεώρημα στο πλαίσιο της ΓΘΣ, το οποίο δημοσιεύθηκε στην διάρκεια της δεκαετίας του 1960 και περιγράφεται με την φράση: «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά». Σύμφωνα με το θεώρημα αυτό, οι μαύρες τρύπες διαφέρουν η μία από την άλλη, μόνο ως προς την μάζα, το φορτίο και την στροφορμή τους, που σημαίνει ότι ο ορίζοντας γεγονότων τους είναι απόλυτα ομαλός και συμμετρικός ως προς τον άξονα περιστροφής τους. Με άλλα λόγια, ο ορίζοντας γεγονότων μίας μαύρης τρύπας δεν έχει κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ή «μαλλιά», που θα μας επέτρεπαν να τον διακρίνουμε από κάποιον άλλον.

Λαμβάνοντας υπόψη τους και το θεώρημα αυτό στο μαθηματικό μοντέλο των δύο μαύρων τρυπών, οι συγγραφείς της μελέτης προέβλεψαν το 2018 ότι το φως της τελευταίας έκλαμψης θα έφτανε σε μας την 31η Ιουλίου του 2019, κάτι που επιβεβαιώθηκε με την ανίχνευσή της από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, μέσα σε 4 μόλις ώρες από την προβλεπόμενη χρονική στιγμή. Η ανάλυση των σχετικών δεδομένων, που επιβεβαιώνει την θεωρητική πρόβλεψη, δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal Letters.

Συνοψίζοντας, επομένως, οι επιστήμονες κατόρθωσαν να προβλέψουν με ακρίβεια 4 μόλις ωρών κάτι που συμβαίνει δύο μόνο φορές κάθε 12 χρόνια σε έναν γαλαξία 3,5 δισ. έτη φωτός μακριά. Η ακριβής αυτή πρόβλεψη με την σειρά της, ενισχύει τις αποδείξεις ότι ο πυρήνας του γαλαξία OJ 287 όντως ενεργοποιείται από ένα ζεύγος μαύρων τρυπών, ενώ μοιάζει να επιβεβαιώνει και την ισχύ του θεωρήματος ότι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά. Πραγματικά, εάν το θεώρημα αυτό δεν ίσχυε, τότε ο ορίζοντας γεγονότων της μεγαλύτερης μαύρης τρύπας δεν θα ήταν τέλεια ομαλός και συμμετρικός, που σημαίνει ότι η τροχιά της μικρότερης μαύρης τρύπας θα ήταν διαφορετική και κατά συνέπεια η χρονική στιγμή κατά την οποία διασχίζει τον δίσκο προσαύξησης, απελευθερώνοντας τις εκλάμψεις, θα διέφερε από αυτόν που παρατηρήθηκε. Δεν είναι και λίγο…

 

Πηγές

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2020-080

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/black-hole-duo-flares-right-on-time/

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200428223728.htm

 

Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση κβάζαρ (Credit: ESO/M. Kornmesser)

π