Ανάλογα με την μάζα τους, μπορούμε να ταξινομήσουμε τις μαύρες τρύπες σε δύο μεγάλες «οικογένειες». Στο ένα άκρο της κλίμακας των μαζών, οι αστρικές μαύρες τρύπες αποτελούν το τελευταίο στάδιο της εξέλιξης των γιγάντιων άστρων και τυπικά η μάζα τους δεν υπερβαίνει τις 50 περίπου ηλιακές μάζες. Οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες, από την άλλη, θεωρείται ότι υπάρχουν στους πυρήνες των περισσότερων από τους γαλαξίες του Σύμπαντος και έχουν μάζα ακόμη και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου. Ενώ, όμως, η προέλευση των πρώτων κατανοήθηκε σε βάθος, μέσα από την διεύρυνση των γνώσεών μας για την αστρική εξέλιξη, η προέλευση των δεύτερων παραμένει αβέβαιη. Σύμφωνα, όμως, με μία ιδέα που άρχισε να κερδίζει έδαφος τα τελευταία χρόνια, οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες προέρχονται από έναν πληθυσμό μικρότερων μαύρων τρυπών, οι οποίες δεν είχαν, έως πρόσφατα τουλάχιστον, παρατηρηθεί. Αυτές οι ενδιάμεσες μαύρες τρύπες εικάζεται ότι έχουν μάζα 100-100.000 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου και παρόλο που τα τελευταία χρόνια ανακαλύφθηκαν αρκετές πιθανές υποψήφιες, δεν υπάρχει ακόμη οριστική επιβεβαίωση της ύπαρξής τους. Όπως, όμως, υποστηρίζουν αρκετοί αστροφυσικοί, αυτές οι μαύρες τρύπες «μεσαίων βαρών» μπορεί και να είναι ο περιζήτητος «χαμένος κρίκος» της εξέλιξης των γαλαξιακών μαύρων τρυπών.

Στην διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, ανακαλύφθηκαν κολοσσιαίες μαύρες τρύπες, με μάζα ακόμη και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, οι οποίες είχαν ήδη διογκωθεί σε αυτό το τεράστιο μέγεθος μόλις 700-800 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Το πώς αυτοί οι γαλαξιακοί Λεβιάθαν «πρόλαβαν» να σχηματιστούν τόσο γρήγορα και τόσο νωρίς στην εξέλιξη του Σύμπαντος παραμένει μυστήριο. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι μία μαύρη τρύπα αυξάνει τη μάζα της, «καταπίνοντας» τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλουν, τα οποία έλκονται από το βαρυτικό της πεδίο, σχηματίζοντας γύρω της έναν περιστρεφόμενο δίσκο υλικών. Τα υλικά αυτά, καθώς στροβιλίζονται όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της, υπερθερμαίνονται, εκλύοντας ακτινοβολία. Η «πίεση», όμως, της ακτινοβολίας αυτής έχει την τάση να «απομακρύνει» τη σκόνη και τα υπόλοιπα αέρια που συνεχίζουν να έλκονται από τη μαύρη τρύπα, περιορίζοντας έτσι την ταχύτητα με την οποία αυξάνει τη μάζα της. Με άλλα λόγια, αυτός ο φυσικός μηχανισμός στον οποίο οφείλεται η διόγκωση της μαύρης τρύπας, εμπεριέχει και ένα φυσικό «φρένο» που, όταν τεθεί σε λειτουργία, παρεμποδίζει την περαιτέρω αύξηση της μάζας της.

Ορισμένοι αστροφυσικοί, στην προσπάθειά τους να απαντήσουν στο ερώτημα της προέλευσης των γαλαξιακών μαύρων τρυπών, υποστηρίζουν ότι η πρωταρχική τους «σπορά» προήλθε από τη βαρυτική κατάρρευση της πρώτης γενιάς των άστρων του Σύμπαντος, τα οποία ήταν πραγματικά τεράστια σε σχέση με εκείνα που ακολούθησαν και τα οποία κατέρρευσαν σε μαύρες τρύπες με μάζα ακόμη και 300 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου. Στη συνέχεια, οι πρωταρχικές αυτές μαύρες τρύπες θα πρέπει να αύξησαν ακόμη περισσότερο τη μάζα τους με έναν μηχανισμό διαφορετικό από εκείνον που προαναφέραμε, διότι, όπως είπαμε, δεν είναι ικανός να τις διογκώσει όσο πρέπει και με την ταχύτητα που «θέλουμε». Για παράδειγμα, μία αστρική μαύρη τρύπα που θα σχηματιζόταν κοντά στον πυρήνα ενός πυκνού αστρικού σμήνους, θα μπορούσε να διογκωθεί ταχύτατα στο μέγεθος των 10.000 ηλιακών μαζών, «καταπίνοντας» άλλες μικρότερες μαύρες τρύπες και γειτονικά της άστρα. Επειδή, μάλιστα τα πρώτα άστρα πρέπει να σχηματίστηκαν στις πυκνότερες περιοχές του βρεφικού Σύμπαντος, οι μαύρες τρύπες που θα προέκυπταν από την κατάρρευσή τους θα ενσωματώνονταν μέσω αλλεπάλληλων συγχωνεύσεων σε όλο και μεγαλύτερες. Αναπόφευκτα, κάποιες από αυτές θα κατέληγαν στους πυρήνες των πρώτων μικρών γαλαξιών, δίνοντας έτσι το έναυσμα για σχηματισμό και των πρώτων γαλαξιακών μαύρων τρυπών. 

Σύμφωνα με άλλους επιστήμονες, ωστόσο, οι πρωταρχικές μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν μέσα από την απευθείας κατάρρευση αρχέγονων νεφών αερίων και σκόνης σε μαύρες τρύπες, πολύ μεγαλύτερες όμως από αυτές που θα σχηματίζονταν από την κατάρρευση των πρωταρχικών γιγάντιων άστρων. Μ’ αυτόν τον τρόπο, εικάζεται ότι είναι δυνατό να σχηματιστούν μαύρες τρύπες με μάζα 10.000-100.000 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου. Είτε έτσι είτε αλλιώς, όμως, στην διάρκεια της κοσμικής εξέλιξης αυτές οι πρωταρχικές μαύρες τρύπες, μέσα από αλλεπάλληλες συγκρούσεις και συγχωνεύσεις, μέσα από την απορρόφηση αερίων, σκόνης και γειτονικών τους άστρων, διογκώθηκαν εντέλει στις πρώτες «πραγματικά» γαλαξιακές μαύρες τρύπες (εναλλακτικά σενάρια σχηματισμού τους, όπως αυτά που βασίζονται στην επίδραση της σκοτεινής ύλης, στην ύπαρξη αρχέγονων μαύρων τρυπών που σχηματίστηκαν σχεδόν αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη κ.ά. δεν θα μας απασχολήσουν εδώ).

Παρά την προσπάθεια που έχει γίνει έως τώρα, η προέλευση των γαλαξιακών μαύρων τρυπών παραμένει αβέβαιη. Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, η ανακάλυψη όλο και ισχυρότερων ενδείξεων για την ύπαρξη των ενδιάμεσων μαύρων τρυπών θα βοηθήσει τους αστρονόμους να αποκρυπτογραφήσουν την απαρχή και την εξελικτική τους πορεία. Η τελευταία αλλά και ισχυρότερη από τις ενδείξεις αυτές δημοσιεύθηκε στις 31 Μαρτίου στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal Letters από τον Dacheng Lin του Πανεπιστημίου του New Hampshire και των συναδέλφων του, οι οποίοι ανακοίνωσαν την ανακάλυψη μίας μαύρης τρύπας «μεσαίων βαρών», με μάζα περίπου 50.000 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου.

Οι πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξή της συγκεκριμένης μαύρης τρύπας είχαν ανακαλυφθεί το 2006, όταν τα διαστημικά τηλεσκόπια Chandra και XMM-Newton της NASA και του ESA αντίστοιχα ανίχνευσαν μία παράξενη έκλαμψη ακτίνων Χ, η οποία όμως δεν ήταν ξεκάθαρο εάν προερχόταν από τον Γαλαξία μας ή από κάποιον άλλον γαλαξία. Παρολ’ αυτά, οι ερευνητές τότε θεώρησαν ότι η έκλαμψη προήλθε από μία μαύρη τρύπα που διαμέλισε ένα άστρο, το οποίο «έκανε το σφάλμα» να την πλησιάσει περισσότερο απ’ όσο πρέπει.

Ο Dacheng Lin και οι συνάδελφοί του αποφάσισαν να διερευνήσουν περαιτέρω τις ενδείξεις αυτές. Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, κατόρθωσαν να αποδείξουν ότι η έκλαμψη αυτή προερχόταν από ένα πυκνό αστρικό σμήνος στις παρυφές ενός μακρινού γαλαξία, δηλαδή από ένα περιβάλλον που οι αστρονόμοι θεωρούν ότι ευνοεί τον σχηματισμό των ενδιάμεσων μαύρων τρυπών, αλλά και να εκτιμήσουν την μάζα της στις 50.000 ηλιακές μάζες. Σε γενικές γραμμές, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός γαλαξία, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μαύρη τρύπα που φιλοξενεί στον πυρήνα του. Γι’ αυτό και η συγκεκριμένη μελέτη υποδηλώνει ότι το αστρικό σμήνος στο οποίο εντοπίστηκε η μαύρη τρύπα είναι πιθανώς ο απογυμνωμένος πυρήνας ενός νάνου γαλαξία, ο οποίος «επέζησε» από τις βαρυτικές και παλιρροϊκές αλληλεπιδράσεις του γειτονικού του και πολύ μεγαλύτερου γαλαξία.

Παρόλο, λοιπόν, που δεν υπάρχει ακόμη οριστικά επιβεβαιωμένη και καθολικά αποδεκτή ανίχνευση μίας ενδιάμεσης μαύρης τρύπας, αυτή είναι η ισχυρότερη έως τώρα ένδειξη που διαθέτουμε για την ύπαρξή τους. Σημαντικό ρόλο σε αυτήν την προσπάθεια αναμένεται να διαδραματίσουν μελλοντικά οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO/VRIRGO. Μολονότι δεν έχουν ακόμη κατορθώσει να ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα από την συγχώνευση μαύρων τρυπών με μάζες μεγαλύτερες από 40-50 ηλιακές μάζες, στην κοινή τους ιστοσελίδα αναφέρεται ότι, «με την βελτίωση της ευαισθησίας των ανιχνευτών στο μέλλον, θα έχουμε καλύτερη εικόνα για την συχνότητα των συγχωνεύσεων μεταξύ των ενδιάμεσων μαύρων τρυπών. Ο τρίτος κύκλος παρατηρήσεων ξεκίνησε την συλλογή δεδομένων τον Απρίλιο του 2019 και οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι θα παρατηρήσουμε αυτές τις “άπιαστες” πηγές σύντομα!». Ας αναφερθεί, ωστόσο, ότι εξαιτίας της πανδημίας, αυτός ο τρίτος γύρος έχει διακοπεί.

Συνοψίζοντας, η οριστική απόδειξη για την ύπαρξη αυτού του χαμένου κρίκου στην εξέλιξη των γαλαξιακών μαύρων τρυπών, έρχεται όλο και πιο κοντά. Η επιστημονική διαμάχη, ωστόσο, για την προέλευση των ενδιάμεσων και των γαλαξιακών μαύρων τρυπών θα συνεχιστεί, καθώς υπάρχουν αρκετά ακόμη συναρπαστικά ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα.

Πηγές:

https://www.spacetelescope.org/news/heic2005/

https://www.discovermagazine.com/the-sciences/what-are-intermediate-mass-black-holes

Περισσότερες πληροφορίες για τις αστρικές και τις γαλαξιακές μαύρες τρύπες:

https://www.eef.edu.gr/el/arthra/mayres-trypes-i/

και

https://www.eef.edu.gr/el/arthra/mayres-trypes-i-i/

Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση ενός από τα πλέον απομακρυσμένα κβάζαρ που έχουν ανιχνευθεί ποτέ, το φως του οποίου απελευθερώθηκε μόλις 770 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που το ενεργοποιεί, υπολογίστηκε ότι έχει την μάζα 2 δισεκατομμυρίων ήλιων (Credit: ESO/M. Kornmesser).

π