Το πρώτο πορτραίτο μιας μαύρης τρύπας

Παρατηρήστε καλά την παρακάτω φωτογραφία. Μπορεί να μη σας γεμίζει το μάτι και πολύ με την πρώτη ματιά, πρόκειται όμως για ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της αστρονομίας και αστροφυσικής όλων των εποχών.

Η φωτογραφία αυτή απεικονίζει για πρώτη φορά στην ιστορία μια μαύρη τρύπα και δόθηκε στη δημοσιότητα την Τετάρτη που μας πέρασε στις 10 Απριλίου.

Η φωτογραφία αυτή δεν ήταν ένα απλό κλικ μιας μηχανής. Είναι το αποτέλεσμα μιας συντονισμένης λειτουργίας οχτώ ισχυρών ραδιοτηλεσκοπίων διασκορπισμένων σε διάφορα σημεία της Γης στα πλαίσια του Event Horizon Telescope πρότζεκτ καθώς και ατελείωτων ωρών επεξεργασίας από υπερυπολογιστές ενός απίστευτου όγκου δεδομένων που συνέλεξαν τα ραδιοτηλεσκόπια. Και φυσικά αποτέλεσμα εργασίας μερικών δεκάδων ανθρώπων που σχεδίασαν ειδικούς αλγόριθμους, επεξεργάστηκαν τα στοιχεία και κατέληξαν στην παραπάνω εικόνα.

Όπως μας πληροφορεί η ιστοσελίδα του πρότζεκτ ΕΗΤ, εφαρμόστηκε μια τεχνική στα ραδιοτηλεσκόπια που τα επέτρεψε να λειτουργήσουν σαν ένα γιγάντιο ραδιοτηλεσκόπιο στο μέγεθος της γης!

Αυτό που βλέπετε είναι ο πυρήνας ενός πολύ πολύ μακρινού γαλαξία, κυριολεκτικά στου διαόλου τη μάνα, μιλάμε για τον ελλειψοειδή Messier 87 (M87) που απέχει λέει 54 εκατομμύρια έτη φωτός. Η σύγχρονη αστροφυσική έχει καταλήξει στο συμπέρασμα ότι στο κέντρο κάθε γαλαξία κατά πάσα πιθανότητα βρίσκεται μια Υπερμεγέθης Μαύρη Τρύπα (Supermassive Black Hole) η ύπαρξη της οποίας εξηγεί και διάφορα παρατηρούμενα φαινόμενα κοντά στο κέντρο των γαλαξιών.

Τι είναι όμως μαύρη τρύπα; ο όρος υπάρχει από πολύ παλιά και σημαίνει σώμα με πανίσχυρο βαρυτικό πεδίο, τόσο ισχυρό που δεν αφήνει ούτε το φως να διαφύγει. Για να το πιάσετε τι σημαίνει αυτό, φανταστείτε ότι βρίσκεστε υποθετικά στην επιφάνεια ενός τέτοιου σώματος και κρατάτε ένα φακό. Η βαρυτική έλξη θα ήταν τόσο ισχυρή που αν στρέφατε τον αναμμένο φακό σας προς τον ουρανό το ίδιο το φως θα ήταν τόσο “βαρύ” που θα έπεφτε με γδούπο στο πάτωμα…

Πολλοί αστροφυσικοί περιγράφουν τη μαύρη τρύπα με διαφορετικό τρόπο, όχι ως σώμα αλλά ως μια “περιοχή” στο διάστημα με τεράστια καμπύλωση του χωροχρόνου. Υποτίθεται ότι η ύλη όταν έχει τεράστια πυκνότητα καταρρέει μέσα στον ίδιο της τον εαυτό έως ότου εξαφανιστεί τελείως! Έτσι χρησιμοποιείται συχνά ο όρος “singularity” για να περιγράψει τι ακριβώς συμβαίνει στον “πυρήνα” μια μαύρης τρύπας, όρος που είναι δύσκολο να αποδοθεί εύκολα στα ελληνικά, θυμάμαι σε βιβλίο αστρονομίας στο λύκειο πίσω στα 90’s, χρησιμοποιούνταν ο όρος “ιδιάζον σημείο”. Έτσι λοιπόν είναι λίγο περίεργο να περιγράψεις τη μαύρη τρύπα ως “σώμα” μια και ήδη το κατάπιε η ίδια του η τρομαχτική βαρύτητα. Αυτό που μένει είναι ο άπειρα καμπυλωμένος χώρος και στροβιλιζόμενο χάος έξω απ’ τον ορίζοντα των γεγονότων.

Ένα θεμελιώδες πρόβλημα στην παρατήρηση ενός τέτοιου σώματος είναι ότι είναι σκοτεινό, ότι δεν εκπέμπει καμιά ακτινοβολία. Ωστόσο τα φαινόμενα που προκαλεί τριγύρω οδηγούν στο συμπέρασμα της ύπαρξής της. Συγκεκριμένα λένε ότι δημιουργεί ένα στρώμα στροβιλιζόμενων αερίων σε σχήμα λουκουμά με διάμετρο μερικές χιλιάδες έτη φωτός, αέρια τα οποία επιταχύνονται τόσο πολύ που πυρακτώνονται και δημιουργούν ακτινοβολία. Επίσης η καμπύλωση του χωροχρόνου γύρω απ’ το σώμα δημιουργεί ένα βαρυτικό φακό και τα άστρα που βρίσκονται ακριβώς πίσω, μέρος του φωτός που εκπέμπουν πάει γύρω-γύρω απ’ το σώμα, δημιουργώντας ένα φωτεινό δίσκο σαν αυτόν που βλέπετε στη φωτογραφία.

Για να ‘χετε και μια αίσθηση για το τι μεγέθη μιλάμε, η συγκεκριμένη Υπερμεγέθης Μαύρη Τρύπα του M87 έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές τον ήλιο μας!

Ο μαύρος κύκλος που βλέπετε στη φωτογραφία είναι η σκιά αυτού του σώματος. Ο λεγόμενος “ορίζοντας των γεγονότων” (εξ ου και το όνομα του πρότζεκτ), η υποθετική σφαίρα γύρω απ’ το σώμα δηλαδή που πέρα απ’ το οποίο δεν υπάρχει επιστροφή, σε καταπίνει η τρύπα μια για πάντα, είναι περίπου το μισό απ’ αυτό που βλέπετε. Η ίδια η μαύρη τρύπα έχει μέγεθος, κρατηθείτε, τρεις φορές το ηλιακό μας σύστημα.

Θα μπορούσατε να νιώσετε λίγο από το Δέος που προκαλούν αυτά τα μεγέθη βλέποντας την ταινία Interstellar. Εκεί οι άνθρωποι συναντούν τον Γαργαντούα, μια Υπερμεγέθη Μαύρη Τρύπα στο κέντρο ενός άλλου γαλαξία. Η αναπαράστασή της κινηματογραφικά είχε γίνει με τη βοήθεια ισχυρών υπολογιστών και κατόπιν οδηγιών του Αμερικάνου αστροφυσικού Kip Thorne.

Πάει λοιπόν κι αυτό το φρούριο της ύλης. Αποδείχτηκε πέρα από κάθε αμφιβολία ότι μαύρες τρύπες υπάρχουν κι επίσης είναι δυνατή η παρατήρησή τους, μέσα από παγκόσμια συνεργασία φυσικά της επιστημονικής κοινότητας. Το πρότζεκτ φυσικά δεν έχει εκπληρώσει το σκοπό του. Άλλα δύο μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια θα προστεθούν στη διάταξη και επόμενος στόχος είναι το κέντρο του δικού μας γαλαξία, του milky way, και ο αστερισμός Sagittarius A* (με τον αστερίσκο) στο κέντρο του οποίου βρίσκεται μια Υπερμεγέθης Μαύρη Τρύπα, όχι τόσο μεγάλη όσο του Μ87, “μόνο” 4μισι εκατομμύρια ηλιακές μάζες…

Η ύλη, το μοναδικό χειροπιαστό πράγμα στο οποίο μπορούμε να βασιζόμαστε, συνεχίζει να μας εκπλήσσει και να μας προκαλεί δέος. Η πραγματικότητα της ύλης πάντα θα είναι πιο γοητευτική κι ενδιαφέρουσα από όποιες μεταφυσικές αερολογίες.

https://eventhorizontelescope.org