Τι συμβαίνει όταν δολοφονούνται τα άστρα;

Τα αστέρια, όπως κάθε αντικείμενο στο Σύμπαν, έχουν αρχή και τέλος. Γεννιούνται σε μοριακά νέφη, εξελίσσονται, και μετά από φαντασμαγορικές εκρήξεις πεθαίνουν αφήνοντας πίσω τους λευκούς νάνους, αστέρες νετρονίων, ακόμα και μαύρες τρύπες. Μπορεί όμως να σπάσει αυτός ο κύκλος; 

Οι επιστήμονες είναι σχεδόν σίγουροι ότι κάθε γαλαξίας έχει στο κέντρο του μια υπερμαζική μαύρη τρύπα. Αυτές οι μαύρες τρύπες φέρουν εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου και παίζουν καταλυτικό ρόλο στη δημιουργία μερικών από τα πιο φωτεινά και ενεργητικά φαινόμενα του νυχτερινού ουρανού. Κάποιες φορές πάλι, μερικές από αυτές τις μαύρες τρύπες δεν κάνουν τίποτα απολύτως. Παραμένουν στο σκοτάδι, υπομονετικά, μέχρι ένα άτυχο αστέρι να έρθει στη γειτονιά τους.

Όσο το αστέρι πλησιάζει τη μαύρη τρύπα, αισθάνεται όλο και περισσότερο την έλξη από το βαρυτικό της πεδίο. Το είδος του αστεριού, η μάζα του, και η μάζα της μαύρης τρύπας ορίζουν την ακτίνα διαταραχής. Σε αποστάσεις μικρότερες από αυτήν την ακτίνα η δύναμη που αισθάνεται το αστέρι είναι μεγαλύτερη από τη βαρύτητα του. Το αποτέλεσμα είναι το αστέρι να αρχίσει να παραμορφώνεται έως ότου η μαύρη τρύπα το κομματιάσει τελείως. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται “φαινόμενο παλιρροϊκής διαταραχής” ή “tidal disruption event”. Όπως κάθε θάνατος αστεριού, έτσι και αυτός συνοδεύεται από μια έκλαμψη. Η έκλαμψη αυτή παρατηρείται στα υπεριώδη μήκη κύματος καθώς και στις ακτίνες Χ.

Παρόμοιες ιδέες για “δολοφονίες” αστεριών υπήρχαν από τις αρχές του 1970, αλλά ο πρώτος που έγραψε για αυτά τα φαινόμενα στη μορφή του τα παρατηρούμε σήμερα ήταν ο Sir Martin Rees  το 1988 (Rees 1988, Εικόνα 1). Στο μοντέλο του  Rees (1988) όταν η μαύρη τρύπα τεμαχίσει το αστέρι, περίπου το μισό αέριο καταφέρνει και ξεφεύγει ενώ το υπόλοιπο μπαίνει σε τροχιά προς το κέντρο της μαύρης τρύπας. Σχηματίζεται γρήγορα ένας δίσκος προσαύξησης που εκπέμπει στις ακτίνες Χ. Η ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από την κατανομή μέλανος σώματος με θερμοκρασία γύρω στους 10⁵ Κ που μένει σταθερή για τουλάχιστον μερικούς μήνες και εξελίσσεται με το ρυθμό με τον οποίο το αέριο πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα.

Η θεωρία του Sir Martin Rees επιβεβαιώθηκε από τον δορυφόρο ακτίνων Χ ROSAT μόλις μερικά χρόνια μετά την πρόβλεψη του το 1996 (Bade et al. 1996). To τηλεσκόπιο ROSAT κατάφερε συνολικά να βρει τέσσερα τέτοια φαινόμενα. Τη σκυτάλη πήραν μεταγενέστεροι δορυφόροι ακτίνων Χ όπως  o Chandra, ο Neil Gehrels Swift observatory, και ο XMM-Newton ανακαλύπτοντας μερικές δεκάδες γεγονότα. Οι εκπλήξεις όμως δεν είχαν έρθει ακόμα. 

Την τελευταία δεκαετία το πεδίο των φαινομένων παλιρροϊκής διαταραχής έχει δει μια άνθηση, όχι από τους δορυφόρους ακτίνων Χ, αλλά από επίγειες έρευνες στο οπτικό. Πειράματα όπως το ASAS-SN και το ZTF στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν πολλαπλασιάσει τα τελευταία χρόνια τον αριθμό αυτών των φαινομένων. Τα συγκεκριμένα πειράματα ανακάλυψαν και ένα καινούργιο είδος παλιρροϊκών διαταραχών που δεν εκπέμπει καθόλου στις ακτίνες Χ! Η εκπομπή επικεντρώνεται στο υπεριώδες με κατανομή μέλανος σώματος θερμοκρασίας μιας τάξης μεγέθους μικρότερης (10⁴ Κ) από το φαινόμενο που προέβλεψε ο Sir Martin Rees. Το “τι συμβαίνει ακριβώς” είναι ακόμα ένα μυστήριο. Μέρος της επιστημονικής κοινότητας πιστεύει ότι για κάποιο λόγο ο δίσκος προσαύξησης αργεί να σχηματιστεί και η εκπομπή που παρατηρούμε οφείλεται σε ωστικά κύματα που δημιουργούνται από συγκρούσεις του αστρικού αερίου με τον εαυτό του όπως περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα. Ένα άλλο μέρος θεωρεί ότι το αέριο που δεν πέφτει προς τη μαύρη τρύπα δημιουργεί “τείχος” που απορροφά τις ακτίνες Χ και της επανεκπέμπει στο υπεριώδες. Αυτά τα μοντέλα βέβαια εγείρουν νέα ερωτήματα. Για παράδειγμα, γιατί κάποιες μαύρες τρύπες δημιουργούν δίσκους προσαύξησης γρήγορα ενώ κάποιες άλλες χρειάζονται παραπάνω χρόνο; Γιατί το αέριο απορροφάει τις ακτίνες Χ σε κάποιες περιπτώσεις και σε κάποιες άλλες όχι; Καινούργια πειράματα στο οπτικό (π.χ., Vera C. Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time) και στις ακτίνες Χ (π.χ. eROSITA, Athena) ίσως έχουν τις απαντήσεις που ψάχνουν οι επιστήμονες.