Η μαύρη τρύπα M87 εκτοξεύει πίδακες σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός

Ο γαλαξίας Messier 87 (M87) βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό της Παρθένου. Αυτός είναι ένας γιγάντιος γαλαξίας με 12 χιλιάδες σφαιρικά σμήνη, τα 200 σφαιρικά σμήνη του Γαλαξία μας φαίνονται μέτρια σε σύγκριση. Στο κέντρο του M87 βρίσκεται μια μαύρη τρύπα με μάζα 6,5 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Αυτή είναι η πρώτη μαύρη τρύπα για την οποία υπάρχει εικόνα, που δημιουργήθηκε το 2019 από τη διεθνή ερευνητική συνεργασία Event Horizon Telescope.

Αυτή η μαύρη τρύπα M87 εκτοξεύει έναν πίδακα πλάσματος με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, που ονομάζεται σχετικιστικό πίδακα μήκους 6 χιλιάδων ετών φωτός. Η τεράστια ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία αυτού του πίδακα προέρχεται πιθανότατα από τη βαρυτική έλξη της μαύρης τρύπας. Αλλά πώς προκύπτει ένας τέτοιος πίδακας και τι εξασφαλίζει τη σταθερότητά του σε τεράστιες αποστάσεις δεν είναι ακόμα απολύτως σαφές.

Το M87 έλκει την ύλη, η οποία περιστρέφεται στο δίσκο σε μια συρρικνούμενη τροχιά μέχρι να απορροφηθεί από τη μαύρη τρύπα. Το τζετ εκτοξεύεται από το κέντρο του δίσκου προσαύξησης που περιβάλλει το M87 και θεωρητικοί φυσικοί στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε, μαζί με επιστήμονες από την Ευρώπη, τις ΗΠΑ και την Κίνα, έχουν μοντελοποιήσει αυτή την περιοχή με μεγάλη λεπτομέρεια. Χρησιμοποίησαν την πιο περίπλοκη τρισδιάστατη προσομοίωση σε έναν υπερυπολογιστή, ο οποίος χρησιμοποιεί ένα εκπληκτικό χρόνο CPU για την προσομοίωση, και έπρεπε να λύσουν ταυτόχρονα τις εξισώσεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein, τις εξισώσεις ηλεκτρομαγνητισμού του James Maxwell και τις εξισώσεις υδροδυναμικής του Leonard Euler . Το αποτέλεσμα ήταν ένα μοντέλο στο οποίο οι τιμές που υπολογίστηκαν για τη θερμοκρασία, την πυκνότητα της ύλης και τα μαγνητικά πεδία αντιστοιχούν εκπληκτικά καλά σε αυτό που συνάγεται από τις αστρονομικές παρατηρήσεις.

Σε αυτή τη βάση, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τη σύνθετη κίνηση των φωτονίων στον στρεβλό χωροχρόνο της πιο εσωτερικής περιοχής του πίδακα και να τον μετατρέψουν σε ραδιοεικόνα. Στη συνέχεια μπόρεσαν να συγκρίνουν αυτές τις εικόνες που προσομοιώθηκαν με υπολογιστή με παρατηρήσεις που έγιναν από πολυάριθμα ραδιοτηλεσκόπια και δορυφόρους τις τελευταίες τρεις δεκαετίες.

Ο Δρ Alejandro Cruz-Osorio, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, σημειώνει ότι «το θεωρητικό μας μοντέλο της ηλεκτρομαγνητικής εκπομπής και της μορφολογίας πίδακα του M87 συμφωνεί εκπληκτικά με τις παρατηρήσεις στο ραδιόφωνο, το οπτικό και το υπέρυθρο φάσμα. Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα M87 πιθανότατα περιστρέφεται γρήγορα και το πλάσμα μαγνητίζεται έντονα στον πίδακα, επιταχύνοντας τα σωματίδια σε κλίμακες χιλιάδων ετών φωτός».

Ο καθηγητής Luciano Rezzolla από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Goethe στη Φρανκφούρτη σημειώνει ότι «το γεγονός ότι οι υπολογισμένες εικόνες μας είναι τόσο κοντά σε αστρονομικές παρατηρήσεις είναι μια άλλη σημαντική επιβεβαίωση ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι η πιο ακριβής και φυσική εξήγηση για την ύπαρξη από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών. Αν και υπάρχει ακόμα χώρος για εναλλακτικές εξηγήσεις, τα αποτελέσματα της μελέτης μας έχουν κάνει αυτό το «δωμάτιο» πολύ μικρότερο».

Διαβάστε επίσης:

• Αυτές οι υποθετικές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να διαγράψουν το παρελθόν σας και να αλλάξουν το μέλλον σας
• Μια μυστηριώδης «μαύρη τρύπα» ανακαλύφθηκε στους δορυφορικούς χάρτες της Google