Τι είναι το πρόβλημα του τελευταίου parsec;

Οι γαλαξίες δημιουργούνται, εξελίσσονται αλλά και συγκρούονται μεταξύ τους! Η σύγκρουση δύο γαλαξιών αλλάζει  οριστικά την εξελικτική πορεία τους και δημιουργεί έναν νέο παραγόμενο γαλαξία. H συγχώνευση μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία νέων “μεμονωμένων” περιοχών έντονης αστρογένεσης καθώς και στην αλλαγή της γενικότερης μορφολογίας του γαλαξία σε ακανόνιστο*. Ακόμη μπορεί να οδηγήσει και στην εκτόξευση άστρων εκτός αυτού, λόγω της απότομης μεταβολής του βαρυτικού πεδίου του.

Ωστόσο, περισσότερο ενδιαφέρον μάλλον παρουσιάζει η τύχη των υπερμεγεθών μελανών οπών που βρίσκονται στο κέντρο του κάθε γαλαξία. Συγκεκριμένα, είναι εξαιρετικά σπάνιο φαινόμενο οι μελανές οπές να συγκρουστούν μετωπικά. Το πιο πιθανό σενάριο είναι αυτές να μπουν σε τροχιά η μία γύρω από την άλλη, με παρόμοιο τρόπο που η Γη και η Σελήνη. Η συχνότητα περιστροφής των δύο μελανών οπών είναι της τάξης μεγέθους των μHz, δηλαδή μια περιστροφή ανά 10^-6 δευτερόλεπτα!

Πώς εξελίσσεται το σύστημα αυτό από εκεί και στο εξής;  Γνωρίζουμε από τη γενική σχετικότητα πως δύο αντικείμενα που βρίσκονται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο χάνουν ενέργεια μέσω της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων, με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η απόσταση μεταξύ τους και τα σώματα να πλησιάζουν το ένα το άλλο. Προκειμένου αυτές οι απώλειες να είναι σημαντικές πρέπει τα αντικείμενα να έχουν μάζα τουλάχιστον συγκρίσιμη με τη μάζα του Ήλιου, όπως γπια παράδειγμα, δύο αστρικές μελανές οπές, με μάζα εκατομμύρια φορές μικρότερη αυτής των υπερμεγεθών μελανών οπών. Στην περίπτωση αυτή, η επικείμενη σύγκρουση και συγχώνευση τους συνοδεύεται από παραγωγή βαρυτικών κυμάτων την οποία ανιχνεύουμε από επίγειους ανιχνευτές. 

Παρόλα αυτά, οι αποστάσεις στις οποίες συνήθως βρίσκονται οι υπερμεγέθεις μελανές οπές στα κέντρα συγχωνευμένων γαλαξιών είναι τόσο μεγάλες που η απώλεια ενέργειας από το σύστημα είναι πρακτικά αμελητέα. Ως συνέπεια, το σύστημα μπορεί να θεωρηθεί πως βρίσκεται σε μια κατάσταση ισορροπίας, χωρίς σημαντικές μεταβολές, για αρκούντως μικρές χρονικές κλίμακες. Διάφορες αλληλεπιδράσεις με αστέρες μπορεί να στερούν τροχιακή ενέργεια από τις μελανές οπές και να τις κάνουν να πλησιάζουν μεταξύ τους, αλλά οι αστέρες σπανίζουν όσο πιο κοντά φτάνουν μεταξύ τους, με αποτέλεσμα η επίδρασή τους να θεωρείται αμελητέα όταν έχουν φτάσει σε απόσταση ενός παρσέκ. Το πρόβλημα αυτό ονομάζεται “πρόβλημα του τελευταίου παρσεκ” (final parsec problem στα αγγλικά, όπου 1 parsec = 3,262 έτη φωτός) και έχει οδηγήσει τους επιστήμονες στην αναζήτηση λύσεων για το πως θα μπορούσαν οι μαύρες τρύπες να πλησιάσουν τελικά αρκετά κοντά.

Μία από αυτές τις λύσεις περιλαμβάνει την ύπαρξη μιας δεύτερης γαλαξιακής συγχώνευσης που φέρνει τελικά μια τρίτη μελάνη οπή στο παιχνίδι. Αποτέλεσμα αυτού είναι το σύστημα των μελανών οπών να γίνεται χαοτικό, αφήνοντας περιθώριο για νέες μορφές απωλειών ενέργειας. Όποιος και να είναι τελικά ο μηχανισμός, είναι σχεδόν βέβαιο πως έχουν παρατηρηθεί συγχωνευμένες υπερμεγέθεις μελανές οπές.

Τέλος, ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα από τη μελέτη του παραπάνω φαινομένου είναι η πιθανότητα ύπαρξης “δραπετευσάντων” υπερμεγεθών μελανών οπών. Τα βαρυτικά κύματα μεταφέρουν μαζί τους ορμή, με συνέπεια κατά τη σύγκρουση των μελανών οπών να μεταφέρεται μεγάλη ποσότητα ορμής στη συγχωνευμένη μελάνη οπή. Υπό ιδανικές συνθήκες, μια υπερμεγέθης μελανή οπή μπορεί να αποκτήσει τέτοια ορμή μετά από μια σύγκρουση που η ταχύτητα της να υπερβεί την ταχύτητα διαφυγής του γαλαξία και κυριολεκτικά να διαφύγει από αυτόν. Με λίγα λόγια, μπορεί να υπάρχουν υπερμεγέθεις μελανές οπές που πλανώνται στον διαγαλαξιακό χώρο… Και δεν υπάρχει κανένας τρόπος να το γνωρίζουμε 🙂. 

* Οι γαλαξίες γενικά διαχωρίζονται σε σπειροειδείς, ελλειπτικούς, και ακανόνιστους.