Οι αστρονόμοι είδαν για πρώτη φορά ζωντανά το ξύπνημα μιας γιγάντιας μαύρης τρύπας
Το XMM-Newton του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη διερεύνηση των μακρύτερων και πιο ενεργητικών εκρήξεων ακτίνων-Χ που παρατηρήθηκαν από μια πρόσφατα αφυπνισμένη μαύρη τρύπα. Η παρακολούθηση αυτής της παράξενης συμπεριφοράς σε πραγματικό χρόνο προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία να μάθουμε περισσότερα για αυτά τα ισχυρά γεγονότα και τη μυστηριώδη συμπεριφορά των μαζικών μαύρων τρυπών.
Αν και γνωρίζουμε ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (εκατομμύρια φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο μας) βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών, η ίδια η φύση τους καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό και τη μελέτη τους. Σε αντίθεση με τη δημοφιλή ιδέα ότι οι μαύρες τρύπες «καταβροχθίζουν» συνεχώς ύλη, αυτά τα βαρυτικά τέρατα μπορούν να περάσουν μεγάλα χρονικά διαστήματα σε μια αδρανή, ανενεργή φάση.
Αυτό ίσχυε για τη μαύρη τρύπα στην καρδιά του SDSS1335+0728, ενός μακρινού και απρόσμενου γαλαξία σε απόσταση 300 εκατομμυρίων ετών φωτός στον αστερισμό της Παρθένου. Αφού ήταν ανενεργή για δεκαετίες, ξαφνικά ενεργοποιήθηκε και πρόσφατα άρχισε να παράγει πρωτοφανείς λάμψεις φωτός ακτίνων Χ.
Τα πρώτα σημάδια δραστηριότητας εμφανίστηκαν στα τέλη του 2019, όταν ο γαλαξίας άρχισε απροσδόκητα να λάμπει έντονα, προσελκύοντας την προσοχή των αστρονόμων. Αφού τον μελέτησαν για αρκετά χρόνια, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι ασυνήθιστες αλλαγές που είδαν ήταν πιθανότατα το αποτέλεσμα της μαύρης τρύπας που ξαφνικά «άναψε» – εισήλθε σε ενεργή φάση. Η φωτεινή, συμπαγής, κεντρική περιοχή του γαλαξία ταξινομείται πλέον ως ενεργός γαλαξιακός πυρήνας, με το παρατσούκλι «Ansky».
«Όταν είδαμε για πρώτη φορά τον Ansky να φωτίζεται σε οπτικές εικόνες, ενεργοποιήσαμε παρατηρήσεις παρακολούθησης με το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων-Χ Swift της NASA και ελέγξαμε αρχειοθετημένα δεδομένα από το τηλεσκόπιο ακτίνων-Χ eROSITA, αλλά τότε δεν είδαμε κανένα στοιχείο εκπομπής ακτίνων-Χ», λέει η Paula Sánchez Sáez, ερευνήτρια στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο της Γερμανίας και επικεφαλής της ομάδας που διερεύνησε για πρώτη φορά την ενεργοποίηση της μαύρης τρύπας.
Στη συνέχεια, τον Φεβρουάριο του 2024, μια ομάδα με επικεφαλής την Lorena Hernández-García, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο Valparaiso της Χιλής, άρχισε να βλέπει εκρήξεις ακτίνων-Χ από τον Ansky σε σχεδόν τακτά χρονικά διαστήματα.
Αυτό το σπάνιο γεγονός δίνει την ευκαιρία στους αστρονόμους να παρατηρήσουν τη συμπεριφορά μιας μαύρης τρύπας σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας τα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ XMM-Newton και τα NICER, Chandra και Swift της NASA. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως οιονεί περιοδική έκρηξη ή QPE. Οι QPE είναι βραχύβια γεγονότα έκρηξης. Και είναι η πρώτη φορά που παρατηρούμε ένα τέτοιο γεγονός σε μια μαύρη τρύπα που φαίνεται να ξυπνάει.
Το πρώτο επεισόδιο QPE ανακαλύφθηκε το 2019 και από τότε έχουμε εντοπίσει μόνο μερικά ακόμη. Δεν καταλαβαίνουμε ακόμη τι τα προκαλεί. Η μελέτη του Ansky θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις μαύρες τρύπες και τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται.
Το XMM-Newton έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη μελέτη μας. Είναι το μόνο τηλεσκόπιο ακτίνων-Χ αρκετά ευαίσθητο ώστε να ανιχνεύσει το ασθενέστερο φως υποβάθρου ακτίνων-Χ μεταξύ των εκρήξεων. Με το XMM-Newton μπορέσαμε να μετρήσουμε πόσο αμυδρό γίνεται το Ansky, γεγονός που μας επέτρεψε να υπολογίσουμε πόση ενέργεια απελευθερώνει το Ansky όταν ανάβει και αρχίζει να αναβοσβήνει.
Η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας αιχμαλωτίζει την ύλη που πλησιάζει πολύ κοντά και μπορεί να την διαλύσει. Η ύλη από ένα αστέρι που αιχμαλωτίστηκε, για παράδειγμα, θα διασκορπιζόταν σε έναν καυτό, φωτεινό, ταχέως περιστρεφόμενο δίσκο που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης. Η τρέχουσα σκέψη είναι ότι τα QPEs προκαλούνται από ένα αντικείμενο (που θα μπορούσε να είναι ένα άστρο ή μια μικρή μαύρη τρύπα) που αλληλεπιδρά με αυτόν τον δίσκο συσσώρευσης και έχουν συνδεθεί με την καταστροφή ενός άστρου. Αλλά δεν υπάρχουν αποδείξεις ότι ο Ansky έχει καταστρέψει ένα αστέρι.
Τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά των επαναλαμβανόμενων εκρήξεων του Ansky ώθησαν την ερευνητική ομάδα να εξετάσει και άλλες πιθανότητες. Ο δίσκος προσαύξησης θα μπορούσε να σχηματίζεται από αέριο που αιχμαλωτίζει η μαύρη τρύπα από τη γειτονιά της και όχι από ένα διαλυμένο αστέρι. Σε αυτό το σενάριο, οι εκλάμψεις ακτίνων Χ θα προέρχονταν από υψηλής ενέργειας κρούσεις στο δίσκο, που προκλήθηκαν από ένα μικρό ουράνιο αντικείμενο που διέσχιζε και διατάρασσε το υλικό που περιφερόταν σε τροχιά, επανειλημμένα.
«Οι εκλάμψεις ακτίνων-Χ από τον Ansky είναι δέκα φορές μεγαλύτερες και δέκα φορές πιο φωτεινές από αυτές που βλέπουμε από ένα τυπικό QPE», λέει ο Joheen Chakraborty, μέλος της ομάδας και διδακτορικός φοιτητής στο MIT στις ΗΠΑ.
Κάθε μία από αυτές τις εκρήξεις απελευθερώνει εκατό φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι έχουμε δει αλλού. Οι εκρήξεις του Ansky παρουσιάζουν επίσης τον μεγαλύτερο ρυθμό που έχει παρατηρηθεί ποτέ, περίπου 4,5 ημέρες. Αυτό ωθεί τα μοντέλα μας στα όριά τους και αμφισβητεί τις υπάρχουσες ιδέες μας για το πώς δημιουργούνται αυτές οι λάμψεις ακτίνων Χ.
Η δυνατότητα να παρακολουθήσουμε την εξέλιξη του Ansky σε πραγματικό χρόνο είναι μια άνευ προηγουμένου ευκαιρία για τους αστρονόμους να μάθουν περισσότερα για τις μαύρες τρύπες και τα ενεργητικά γεγονότα που τροφοδοτούν.
«Για τις QPEs, βρισκόμαστε ακόμα στο σημείο όπου έχουμε περισσότερα μοντέλα από δεδομένα και χρειαζόμαστε περισσότερες παρατηρήσεις για να καταλάβουμε τι συμβαίνει», λέει ο ερευνητής του ESA και αστρονόμος ακτίνων Χ, Erwan Quintin.
Πιστεύαμε ότι τα QPEs ήταν το αποτέλεσμα των μικρών ουράνιων αντικειμένων που αιχμαλωτίζονται από πολύ μεγαλύτερα και σπειροειδώς κατεβαίνουν προς αυτά. Οι εκρήξεις του Ansky φαίνεται να μας λένε μια διαφορετική ιστορία. Αυτές οι επαναλαμβανόμενες εκρήξεις είναι επίσης πιθανό να σχετίζονται με βαρυτικά κύματα που η μελλοντική αποστολή LISA του ESA ίσως μπορέσει να συλλάβει. Είναι ζωτικής σημασίας αυτές οι παρατηρήσεις ακτίνων Χ που θα συμπληρώσουν τα δεδομένα των βαρυτικών κυμάτων και θα μας βοηθήσουν να λύσουμε την αινιγματική συμπεριφορά των μαζικών μαύρων τρυπών.
