“Λάμπουν” οι μαύρες τρύπες όταν συγκρούονται;

Οι μαύρες τρύπες (ή μελανές οπές) λαμβάνουν το όνομα τους από το γεγονός ότι ούτε το φως δε διαφεύγει από αυτές λόγω της μεγάλης ισχύος του βαρυτικού τους πεδίου. Με άλλα λόγια, οι μαύρες τρύπες είναι συνήθως “αόρατες” στους παρατηρητές.

Ωστόσο, αυτό δε σημαίνει ότι δεν υπάρχουν τρόποι να τις “δούμε”. Μπορούμε να διαπιστώσουμε έμμεσα την ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας, μελετώντας την επίδρασή της στο γειτονικό της περιβάλλον. Τρόποι ανίχνευσης σχετίζονται είτε με την παρατήρηση των κινήσεων διαφόρων σωμάτων γύρω από αυτή (βλέπε Νόμπελ Φυσικής 2020) είτε από την παραγωγή ηλεκτρομαγνητικής (Η/Μ) ακτινοβολίας όταν ύλη προσπίπτει σε αυτήν. Για παράδειγμα, όπως συμβαίνει σε διπλά συστήματα αστέρων, στο κέντρο Ενεργών Γαλαξιακών Πυρήνων (ΕΓΠ), ή σε κοντινά άστρα που διαταράσσονται από παλιρροϊκές δυνάμεις.

Υπάρχουν όμως και τρόποι άμεσης παρατήρησης μιας μελανής οπής. Όπως για παράδειγμα, μέσω της ακτινοβολίας Hawking* (αν και αυτό μάλλον είναι πρακτικά αδύνατο), ή μέσω βαρυτικών κυμάτων από τη σύγκρουση ενός διπλού συστήματος μελανών οπών. Παρόλα αυτά, μια τέτοια σύγκρουση δεν αναμένεται να είναι ορατή στο Η/Μ φάσμα, γιατί, όπως είπαμε, ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει από το κοντινό περιβάλλον μιας μελανής οπής, με άλλα λόγια από τον “ορίζοντα γεγονότων”. Κυρίως όμως, αυτό σχετίζεται με τη φύση των μελανών οπών που δεν είναι υλικά σώματα που θα “συγκρουστούν” ή θα διαταραχθούν από τις παλιρροϊκές δυνάμεις, όπως οι αστέρες νετρονίων ή λευκοί νάνοι (Εικόνα 1).

Γι’ αυτό τον λόγο, η παρατήρηση μιας συγχώνευσης μελανών οπών που ταυτόχρονα “λάμπουν” είναι κάτι απρόσμενο. Ο μόνος τρόπος για να επιτευχθεί είναι από την αλληλεπίδραση της τελικής μαύρης τρύπας με υλικό που έχει διαμείνει στο γειτονικό της περιβάλλον. Όταν το υλικό αυτό επιταχυνθεί από το βαρυτικό πεδίο του διπλού συστήματος ή της τελικής μαύρης τρύπας, θα εκπέμψει στο Η/Μ φάσμα.

Παρότι σπάνιο, φαίνεται ότι δεν είναι αδύνατο και ήδη έχουν προταθεί δύο πιθανά τέτοια γεγονότα. Το πρώτο, το οποίο είναι το λιγότερο πειστικό, αφορά την πρώτη παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων στη Γη – το γεγονός GW150914**, και το δεύτερο αφορά ένα διπλό σύστημα κοντά στον δίσκο προσαύξησης ενός ΕΓΠ (Εικόνα 2). Αυτό που έκανε τους αστροφυσικούς να υποψιαστούν ότι πρόκειται για συσχετιζόμενα γεγονότα ήταν η μικρή χρονική διαφορά μεταξύ της παρατήρησης βαρυτικών και Η/Μ κυμάτων. Επιπλέον, συνεισέφερε και η κοντινή θέση της πηγής των δύο γεγονότων, όπως αυτά εντοπίστηκαν στον ουρανό. Αν τελικά επιβεβαιωθούν, θα πρόκειται για τις πρώτες συγχωνεύσεις μελανών οπών με “ηλεκτρομαγνητικό ταίρι”.

Αυτές οι συνδυαστικές παρατηρήσεις (σε βαρυτικά και Η/Μ κύματα) είναι ιδιαίτερα σημαντικές, καθώς μας επιτρέπει να διερευνήσουμε θεμελιώδεις υποθέσεις για τη φύση της βαρύτητας. Μέχρι στιγμής, οι παρατηρήσεις με “ηλεκτρομαγνητικό ταίρι”, αναμένονταν μόνο για διπλά συστήματα αστέρων νετρονίων ή αστέρα νετρονίων-μαύρης τρύπας. Λόγω του ότι οι αστέρες νετρονίων είναι συμπαγή σώματα με στερεά επιφάνεια που μπορεί να παραμορφωθεί. Φαίνεται όμως, πως και τα διπλά συστήματα μελανών οπών μπορούν να κρύβουν ευχάριστες εκπλήξεις!

*Ο Hawking μελέτησε τις ιδιότητες της κβαντικής εκδοχής του ηλεκτρομαγνητισμού στο περιβάλλον μιας μελανής οπής, και απέδειξε ότι αυτό οδηγεί σε απελευθέρωση φωτονίων (που ακολουθούν μια κατανομή μέλανος σώματος), ενώ παράλληλα η μαύρη τρύπα “εξατμίζεται”. Μπορείτε να βρείτε παραπάνω πληροφορίες σε αυτό το άρθρο.

**GW = Gravitational Wave (Βαρυτικό κύμα) και ημερομηνία: έτος/μήνας/ημέρα

Περαιτέρω διάβασμα:

1. Στο βιβλίο Gravitational Waves, Vol. 2, Μ. Maggiore, εκδ. OUP – Ch. 14. (Για πιο τεχνικές λεπτομέρειες)
2. Στο επιστημονικό άρθρο M. J. Graham et al., Phys. Rev. Lett. 124, 251102
3. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/06/25/shocking-new-observation-merging-black-holes-really-can-emit-light/?sh=6e8672a717bf
4. https://astrobites.org/2017/05/02/counterparts-to-gravitational-wave-events-very-important-needles-in-a-very-large-haystack/
5. Στο βιβλίο Ένα αστέρι πεθαίνει, JP. Luminet, εκδ. Τραυλός