Για πρώτη φορά: Παρατηρήσεις υποδεικνύουν πιθανή αναστροφή του μαγνητικού πεδίου μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας

Νέα


Μία σπάνια και αινιγματική έκλαμψη από έναν γαλαξία 236 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, μπορεί να πυροδοτήθηκε από μια μαγνητική αναστροφή, μια αυθόρμητη αντιστροφή της πολικότητας του μαγνητικού πεδίου που περιβάλλει την κεντρική του μαύρη τρύπα. Κατά την διάρκεια της έκλαμψης -στο ορατό φως- οι εκπομπές ακτίνων Χ εξαφανίστηκαν και στη συνέχεια επανήλθαν, λόγω μεταβολών στο περιβάλλον, σύμφωνα με μια μελέτη. «Γρήγορες αλλαγές στο ορατό και το υπεριώδες φως έχουν παρατηρηθεί σε μερικές δεκάδες γαλαξίες παρόμοιους με αυτόν», δήλωσε ο Sibasish Laha, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ και στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Goddard της NASA. «Αλλά αυτό το συμβάν σηματοδοτεί την πρώτη φορά που είδαμε τις ακτίνες Χ να εξαφανίζονται ενώ τα άλλα μήκη κύματος αυξάνουν την έντασή τους.»

Οι μαύρες τρύπες αποτελούν ισχυρούς κοσμικούς κινητήρες. Είναι αυτές που παρέχουν ενέργεια στα κβάζαρ και σε άλλους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (Active Galactic Nuclei – AGNs), καθώς η ύλη αλληλεπδρά με τα ισχυρά βαρυτικά και μαγνητικά τους πεδία. Ο Γαλαξίας μας και οι περισσότεροι άλλοι μεγάλοι γαλαξίες σαν αυτόν έχουν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κεντρο τους με μάζα ίση με εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές την μάζα του Ήλιου, η οποία έλκει την ύλη προς αυτήν. Η ύλη αρχικά συλλέγεται σε έναν δίσκο προσαύξησης που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα ενώ στην συνέχεια θερμαίνεται και εκπέμπει φως (στο ορατό, υπεριώδες και Χ), καθώς έλκεται προς το εσωτερικό. Έτσι δημιουργείται ένα νέφος εξαιρετικά καυτών σωματιδίων που οι επιστήμονες αποκαλούν στέμμα (corona). Η νέα μελέτη προτείνει ότι οι αλλαγές στο στέμμα είναι αυτές που προκάλεσαν την προσωρινή εξαφάνιση των ακτίνων Χ που ρέουν από την καρδιά του γαλαξία 1ES 1927+654. Αυτό ισχύει καθώς στην πραγματικότητα, μια μαύρη τρύπα δεν διαθέτει δικό της μαγνητικό πεδίο, ο δίσκος προσαύξησης, όμως, δηλαδή το πυκνό πλάσμα που την περιβάλλει, έχει. Τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος, καθώς αυτό στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα και μαγνητικό πεδίο. Η φορά της ροής του πλάσματος δεν δεν μεταβάλλεται, οπότε θα περίμενε κανείς το μαγνητικό πεδίο να είναι πολύ σταθερό. Φανταστείτε λοιπόν την έκπληξη των αστρονόμων όταν παρατήρησαν δεδομένα που δείχνουν ότι είναι πιθανό να έχει υποστεί αναστροφή το μαγνητικό πεδίο μιας μαύρης τρύπας.

Για να φανταστούμε ένα τέτοιο μαγνητικό πεδίο, μπορούμε να φέρουμε στο μυαλό μας το πεδίο ενός κοινού μαγνήτη, ο οποίος διαθέτει βόρειο και νότιο πόλο. Μαγνητική αναστροφή θα έχουμε, λοιπόν, στην περίπτωση όπου οι φανταστικοί αυτοί μαγνητικοί πόλοι αντιστρέφονται, αλλάζουν θέση δηλαδή μεταξύ τους, με το μαγνητικό πεδίο να ακολουθεί αυτή την αλλαγή προσανατολισμού. Αυτό είναι ένα κοινό κοσμικό φαινόμενο, για αστέρες και μη. Τα γεωλογικά αρχεία μας δείχνουν πως το μαγνητικό πεδίο της Γης αλλάζει προσανατολισμό, απρόβλεπτα, εμφανίζοντας κατά μέσο όρο μερικές αναστροφές κάθε ένα εκατομμύριο χρόνια, όσον αφορά τουλάχιστον το πρόσφατο παρελθόν. Αντίθετα, ο Ήλιος υφίσταται περιοδικά μια μαγνητική αναστροφή ως μέρος του κανονικού κύκλου δραστηριότητάς του, ο οποίος έχει παρατηρηθεί μέσω των Ηλιακών Κηλίδων ήδη από τον 17ο αιώνα, περίπου κάθε 11 χρόνια (πολλές φορές δεν αναφερόμαστε στον τυπικό ενδεκαετή κύκλο του Ήλιου, αλλά σε κύκλο 22 ετών, λόγω αυτής της αναστροφής). Όμως τέτοιες μαγνητικές αναστροφές δεν θεωρήθηκαν πιθανές για τις μαύρες τρύπες.

Το 2018, μια αυτοματοποιημένη χαρτογράφηση/παρατήρηση του ουρανού αποκάλυψε μια ξαφνική αλλαγή σε έναν γαλαξία που βρίσκεται 239 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Γνωστός ως 1ES 1927+654, ο γαλαξίας είχε γίνει 100 φορές πιο λαμπρός στο ορατό φως. Λίγο μετά την ανακάλυψή αυτή, το Παρατηρητήριο Swift κατέγραψε την εκπομπή του γαλαξία σε ακτίνες Χ και υπεριώδη ακτινοβολία. Κοιτάζοντας τα αρχεία παρατηρήσεων, για την περιοχή αυτή, βρέθηκε πως ο γαλαξίας άρχισε πραγματικά να γίνεται λαμπρότερος προς τα τέλη του 2017. Τότε, είχε υποτεθεί πως η απότομη αύξηση της λαμπρότητας προκλήθηκε από έναν αστέρα που περνούσε κοντά από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία. Μια τέτοια συνάντηση θα προκαλούσε έντονη παλιρροϊκή διαταραχή, η οποία θα διέλυε το διερχόμενο αστέρι και θα διέκοπτε τη ροή αερίου προς τον δίσκο προσαύξησης της μαύρης τρύπας. Όμως η νέα μελέτη έρχεται να αμφισβητήσει αυτήν την υπόθεση.


Πιθανός τρόπος με τον οποίο υφίσταται μανητική αναστροφή μία μαύρη τρύπα. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jay Friedlander

Η επιστημονική ομάδα μελέτησε τις παρατηρήσεις αυτής της γαλαξιακής έκλαμψης σε όλο το φάσμα του φωτός από τα ραδιοκύματα έως τις ακτίνες Χ και ένα από τα πράγματα που παρατήρησε ήταν ότι η ένταση των ακτίνων Χ εμφάνισε ταχεία μείωση. Οι ακτίνες Χ παράγονται από την σπειροειδή κίνηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα σε έντονα μαγνητικά πεδία, επομένως η μείωση της έντασης υποδηλώνει μια ξαφνική αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο κοντά στη μαύρη τρύπα. Ταυτόχρονα, η ένταση του φωτός στο ορατό και το υπεριώδες παρουσίασε αύξηση, γεγονός που υποδηλώνει πως αυξανόταν η θερμοκρασία σε τμήματα του δίσκου προσαύξησης της μαύρης τρύπας. Καμία από τις παρατηρήσεις αυτές, όμως, δεν  συνάδει με αυτά που θα αναμέναμε να καταγράψουμε κατά την διάρκεια μίας παλιρροϊκής διαταραχής.

Αντίθετως, το φαινόμενο της μαγνητικής αναστροφής είναι αυτό που ταιριάζει στα παρατηρησιακά δεδομένα. Όπως έδειξε η ομάδα, καθώς ο δίσκος προσαύξησης της μαύρης τρύπας υφίσταται μαγνητική αναστροφή, τα πεδία εξασθενούν πρώτα στις εξωτερικές άκρες του δίσκου, με αποτέλεσμα αυτός να μπορεί να θερμανθεί αποτελεσματικότερα. Παράλληλα, η μείωση του μαγνητικού πεδίου συνεπάγεται και μειωμένη παραγωγή ακτίνων Χ από φορτισμένα σωματίδια. Συγκεκριμένα, όπως πρότειναν οι ερευνητές, κατά την αναστροφή, το πεδίο εξασθενεί τόσο πολύ ώστε μην μπορεί να υποστηριχτεί η ύπαρξη στέμματος, με αποτέλεσμα να σταματούν οι εκπομπές ακτίνων Χ. Όταν ολοκληρωθεί η αναστροφή του μαγνητικού πεδίου, ο δίσκος επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση. Πράγματι, οι εκπομπές ακτίνων Χ επανεμφανίστηκαν τον Οκτώβριο του 2018, περίπου τέσσερις μήνες μετά την εξαφάνισή τους, υποδηλώνοντας ότι έλαβε χώρα μια μαγνητική αναστροφή. Ο γαλαξίας επέστρεψε στις φυσιολογικές (πριν από την έκρηξη) γι αυτόν εκπομπές ακτίνων Χ το καλοκαίρι του 2021.

Αυτή δεν είναι παρά η πρώτη παρατήρηση μαγνητικής αναστροφής μιας μαύρης τρύπας. Τώρα πλέον ξέρουμε ότι τέτοιου είδους αναστροφές είναι δυνατό να συμβούν, αλλά δεν γνωρίζουμε πόσο κοινές είναι ή πόσο συχνά μπορεί να λαμβάνουν χώρα. Θα χρειαστούν περισσότερες παρατηρήσεις για να καθορίσουμε πόσες φορές η μαύρη τρύπα ενός γαλαξία μπορεί να κάνει… κατακόρυφο!

Τα δύο διαστημικά τηλεσκόπια που παρακολούθησαν τις αλλαγές στην υπεριώδη ακτινοβολία και στις ακτίνες Χ, είναι το Swift της NASA και το XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA). Παρατηρήσεις ορατού φωτός και ραδιοκυμάτων πραγματοποιήθηκαν από πολλά επίγεια τηλεσκόπια σε τοποθεσίες όπως η Ιταλία, τα Κανάρια Νησιά και το Νέο Μεξικό.

Η εργασία που βασίζεται σε αυτήν την έρευνα έχει γίνει αποδεκτή για δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό “Astrophysical Journal” και είναι διαθέσιμη στην υπηρεσία προεκτύπωσης arXiv.org

Reference: Laha, Sibasish, et al. “A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES~ 1927+ 654 from its pre-to post-flare states.” arXiv preprint arXiv:2203.07446 (2022).

Πηγες:
https://www.universetoday.com
https://www.nasa.gov
https://www.space.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *