Πιθανότατα θα έχετε ακούσει την είδηση για την πρώτη εικόνα μαύρης τρύπας που δημοσιεύτηκε από τον επιστήμονα. Η εικόνα ήταν μια καταπληκτική είδηση όχι μόνο για τον τομέα της αστρονομίας αλλά και για ολόκληρο τον κόσμο. Αυτή η εικόνα ήταν το πρώτο βήμα προς μια νέα πόρτα πληροφοριών. Το σύμπαν φωτίζεται όλο και περισσότερο κάθε φορά με νέες πληροφορίες και εξαιτίας αυτού είμαστε σε θέση να κατανοήσουμε καλύτερα όλα τα μυστήρια πέρα από τον πλανήτη μας.

Πρόσφατα είδαμε δώδεκα βραβευθέντες να βραβεύονται με το Νόμπελ 2020 και πώς ένας από αυτούς συνέβαλε σημαντικά στην ανθρωπότητα με την έρευνα και τις ανακαλύψεις του. Είναι όλοι τους εκπληκτικοί ερευνητές και θα θέλαμε πολύ να μιλήσουμε για τον καθένα από αυτούς εδώ μέσα, αλλά σήμερα για την καλύτερη εξήγηση και κατανόηση του πλαισίου της πρώτης εικόνας της μαύρης τρύπας θα μιλήσουμε για το έργο των βραβευθέντων Roger Penrose, Reinhard Genzel και Andrea Ghez, των νικητών του Νόμπελ Φυσικής.

Σύμφωνα με τον επίσημο ιστότοπο του βραβείου Νόμπελ, οι βραβευθέντες αναγνωρίστηκαν "για την ανακάλυψη ότι ο σχηματισμός μαύρων οπών είναι μια ισχυρή πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας" και "για την ανακάλυψη ενός υπερμεγέθους συμπαγούς αντικειμένου στο κέντρο του γαλαξία μας". Ο Penrose μέσω εντυπωσιακών μαθηματικών μεθόδων απέδειξε ότι οι μαύροι ρόλοι συνδέονται με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ενώ οι εργασίες των Reinhard Genzel και Andrea Ghez βρήκαν αδιάσειστες αποδείξεις ότι όντως υπάρχει μια μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας, που σήμερα είναι γνωστή με το όνομα Τοξότης Α*.

Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2020

Για να κατανοήσουμε πλήρως το θέμα, πρέπει να γνωρίζουμε μερικές βασικές έννοιες σχετικά με τις μαύρες τρύπες, όπως "Τι είναι μια μαύρη τρύπα;", "Από τι αποτελούνται;", "Από τι είναι φτιαγμένες;", "Από τι αποτελούνται οι μαύρες τρύπες;". Πού μπορούμε να βρούμε μία;"

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να γνωρίζουμε είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται πολύ σε πολλά θέματα στον τομέα της αστρονομίας, η οποία είναι η έννοια του χωροχρόνου. Ο χωροχρόνος είναι μια πολλαπλότητα τεσσάρων διαστάσεων, τρεις διαστάσεις του χώρου και μια διάσταση του χρόνου, σε ένα σύστημα συντεταγμένων θα είχαμε (x,y,z,t). Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι ένα μεμονωμένο σημείο σε αυτό το σύστημα συντεταγμένων ονομάζεται γεγονός. Με αυτό το δεδομένο, μπορούμε να πάρουμε τον ορισμό μιας μαύρης τρύπας.

Η Μαύρη Τρύπα είναι μια περιοχή χωροχρόνου όπου η βαρύτητα είναι τόσο, αλλά τόσο πολύ ΔΥΝΑΤΗ που οποιοδήποτε αέριο, σκόνη, σωματίδιο ή ακόμα και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτήν! Όλα έλκονται ΣΤΕΡΕΑ μέσω της δύναμης της βαρύτητας μέσα στη μαύρη τρύπα και εξαφανίζονται, πηγαίνοντας σε ένα μέρος που παραμένει άγνωστο ακόμα και σήμερα για τον επιστήμονα. Το ενδιαφέρον μέρος εδώ είναι ότι αν ακόμη και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτή τη δύναμη, είναι αδύνατο να δούμε μια μαύρη τρύπα ή ακόμη και να γνωρίζουμε πού υπάρχει. Είναι σαν να προσπαθείτε να δείτε ένα μαύρο αντικείμενο σε ένα μαύρο φόντο, δεν μπορείτε να το δείτε, ή αν το δείτε, είναι πολύ δύσκολο. Οπότε, πώς το κάνουν οι επιστήμονες;

Θεωρητικά, οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται συνήθως όταν ένα πολύ μεγάλο αστέρι πολύ βαρύτερο από τον ήλιο καταρρέει, στο τέλος της ζωής του. Η μάζα είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας για να αποφασιστεί αν το νεκρό άστρο θα μετατραπεί σε μαύρη τρύπα ή σε άστρο νετρονίων. Αυτό το υπερμαζικό αστέρι συμπιέζεται σε έναν πολύ μικρό χώρο λόγω της βαρύτητας και για να σχηματιστεί η μαύρη τρύπα αυτή η συμπαγής μάζα μπορεί να παραμορφώσει τον χωροχρόνο, σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας.

Αυτή η παραμόρφωση του χωροχρόνου δημιουργεί μια δύναμη βαρυτικής επιτάχυνσης που κατευθύνεται προς το κέντρο του σώματος πυκνής μάζας. Και εξαιτίας αυτής της δύναμης τα αέρια και τα σωματίδια που βρίσκονται κοντά ή κοντά στη μαύρη τρύπα αρχίζουν να αποκτούν ταχύτητα περιστροφής και να έλκονται βίαια μέσα στη μαύρη τρύπα. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται Δίσκος συσσώρευσης.

Αυτή η βαρυτική δύναμη και η δύναμη τριβής αναγκάζει όλα τα αέρια και τα σωματίδια με ηλεκτρικά φορτία να παράγουν όχι μόνο αύξηση της θερμοκρασίας αλλά και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με διαφορετικές συχνότητες όπως υπέρυθρες ή ακτίνες Χ. Λόγω αυτού του εκπληκτικού χαρακτηριστικού μια μαύρη τρύπα μπορεί να "φανεί". Αυτό είναι καλό, αλλά δεν διευκολύνει τη δουλειά του επιστήμονα 100%, έχετε μια συχνότητα που μπορείτε να εντοπίσετε, αλλά ακόμα δεν μπορείτε να πείτε "α, κοιτάξτε, μια μαύρη τρύπα εκεί στον ουρανό". Δεν μπορούμε να αντιμετωπίσουμε το φως της μαύρης τρύπας ισότιμα με ένα κανονικό αστέρι- είναι πολύ διαφορετικά μεταξύ τους. Αλλά τα καλά νέα είναι ότι το μαύρο αντικείμενο από την αρχή είναι τώρα ελαφρώς φωτισμένο στο μαύρο φόντο.

Στην πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας, μπορούμε να δούμε τον δίσκο προσαύξησης. Η μαύρη τρύπα σε αυτή την περίπτωση είναι 6,5 εκατομμύρια φορές βαρύτερη από τον Ήλιο μας και βρίσκεται στον γαλαξία Messier 87, σε απόσταση 53 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Η εικόνα έγινε δυνατή με τη χρονική επεξεργασία από οκτώ διαφορετικά τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο, το Event Horizon Telescope, και κάποιες άλλες αποστολές διαστημικών τηλεσκοπίων, που μαζί κατέγραψαν ταυτόχρονα δεδομένα από τον M87, τον Απρίλιο του 2017. Το καθένα από αυτά συλλαμβάνει διαφορετικά δεδομένα από τη μαύρη τρύπα και στη συνέχεια όλα μαζί σχηματίζουν την εικόνα. Μπορεί να ακούγεται εύκολο και σε ένα βήμα, αλλά ο επιστήμονας έπρεπε να δουλέψει σκληρά για να κατανοήσει πλήρως όλα τα δεδομένα και πώς να τα χειριστεί, ποιον αλγόριθμο να χρησιμοποιήσει και πώς να τον χρησιμοποιήσει.

Σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε το 1997 από τον Genzel έδειξε ότι συλλέγει δεδομένα από πέντε διαφορετικά έτη, από το 1992 έως το 1996, που καταγράφουν ταχέως κινούμενα αστέρια στην άμεση γειτονιά του Sgr A*, και ότι μια πολύ μεγάλη και βαριά σκοτεινή μάζα βρίσκεται στη μέση αυτών των άστρων. "Δεν υπάρχει σταθερή διαμόρφωση κανονικών αστέρων, αστρικών υπολειμμάτων ή υποαστρικών οντοτήτων σε αυτή την πυκνότητα" αναφέρει το άρθρο (GENZEL et al., 1997). Καταλήγοντας, "πρέπει να υπάρχει μια τεράστια μαύρη τρύπα στον πυρήνα του Γαλαξία μας".

Σε ένα άλλο άρθρο που δημοσιεύτηκε το 1998 από τον Ghez, μια διετής μελέτη εντόπισε το ίδιο μοτίβο κινούμενων εκκινήσεων στο ίδιο σημείο, όπως αναφέρεται στο άρθρο "οι κορυφές τόσο της πυκνότητας της αστρικής επιφάνειας όσο και της διασποράς της ταχύτητας είναι συνεπείς με τη θέση της υποψήφιας (ακόμα υποψήφιας τότε) μαύρης τρύπας Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). Οι εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη ελήφθησαν από κοντινά υπέρυθρα μήκη κύματος, το είδος της συχνότητας που εκπέμπει ο δίσκος συσσώρευσης.

Ακολουθεί ένας σύντομος κατάλογος με αυτά τα άρθρα:

GENZEL, R. et al. On the nature of the dark mass in the centre of the Milky Way. Μηνιαίες ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, v. 291, n. 1, p. 219-234, 11 out. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy. The Astrophysical Journal, v. 509, n. 2, p. 678-686, dez. 1998.

GHEZ, A. M. et al. Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits. The Astrophysical Journal, v. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.

Δεν είναι τόσο όμορφο το σύμπαν;

Όλα αυτά είναι ήδη απίστευτα, αλλά υπάρχουν ακόμη πολλά περισσότερα να έρθουν, όπως είπε ο David Haviland πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής "...αυτά τα εξωτικά αντικείμενα θέτουν ακόμη πολλά ερωτήματα που ζητούν απαντήσεις και παρακινούν τη μελλοντική έρευνα. Όχι μόνο ερωτήματα σχετικά με την εσωτερική τους δομή, αλλά και ερωτήματα σχετικά με το πώς θα δοκιμάσουμε τη θεωρία μας για τη βαρύτητα υπό τις ακραίες συνθήκες που επικρατούν στην άμεση γειτονιά μιας μαύρης τρύπας". Και εμείς θα είμαστε εδώ, ανυπομονούμε όμως για το επόμενο διάλειμμα! Εν τω μεταξύ, ευχαριστούμε τους φετινούς βραβευθέντες Roger Penrose, Reinhard Genzel και Andrea Ghez, είσαι φοβερός!

Αν θέλετε επίσης να διαβάσετε για το έργο του Ρότζερ Πένροουζ, εδώ είναι μερικά άρθρα που περιγράφουν το έργο του. Ένα από αυτά δημοσιεύτηκε μαζί με το θρυλικό Stephen Hawking. Μπορείτε να δείτε και αυτά τα άρθρα εδώ:

HAWKING, S., PENROSE, R. Η φύση του χώρου και του χρόνου. American Journal of Physics, τ. 65, αρ. 7, σ. 676-676, 1 Ιουλ. 1997.

EHLERS, J., RINDLER, W., PENROSE, R. Η διατήρηση της ενέργειας ως βάση της σχετικιστικής μηχανικής. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, p. 995-997, 1 dez. 1965.

NEWMAN, E., PENROSE, R. Προσέγγιση της βαρυτικής ακτινοβολίας με τη μέθοδο των συντελεστών spin. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.

PENROSE, R., RINDLER, W. Η διατήρηση της ενέργειας ως βάση της σχετικιστικής μηχανικής. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 ιαν. 1965.

Αν έχετε μια εργασία ή μια παρουσίαση σχετικά με οποιοδήποτε πεδίο της αστρονομίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Mind the Graph για να κάνετε το περιεχόμενό σας πιο αποτελεσματικό, διδακτικό και διασκεδαστικό! Ξέρουμε ότι είναι δύσκολο να βρείτε καλές εικόνες για το θέμα, γι' αυτό είμαστε εδώ για να σας βοηθήσουμε σε αυτό, μπορείτε να δείτε το περιεχόμενό μας για την αστρονομία ακριβώς εδώ.

Μπορείτε να βρείτε στο Mind the Graph όλα όσα χρειάζεστε και αν δεν τα χρειάζεστε, μπορούμε να σας βοηθήσουμε!

Ας βελτιώσουμε μαζί την επικοινωνία στην επιστήμη! Είστε έτοιμοι να δοκιμάσετε;

Σχετικά άρθρα
logo-subscribe

Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο

Αποκλειστικό περιεχόμενο υψηλής ποιότητας σχετικά με την αποτελεσματική οπτική
επικοινωνία στην επιστήμη.

- Αποκλειστικός οδηγός
- Συμβουλές σχεδιασμού
- Επιστημονικά νέα και τάσεις
- Σεμινάρια και πρότυπα