https://frosthead.com

Γονείς στις μαύρες τρύπες

Σημείωμα του συντάκτη, 23 Σεπτεμβρίου 2008: Το περιοδικό Smithsonian προφίλθηκε ο αστροφυσικός Andrea Ghez τον Απρίλιο του 2008. Σήμερα, ο Ghez ήταν ένας από τους 28 αποδέκτες μιας διάσημης επιχορήγησης MacArthur genius, αναγνωρίζοντας τη συμβολή του στη μελέτη των μαύρων τρυπών στην εξέλιξη των γαλαξιών.

Από αυτή την ιστορία

[×] ΚΛΕΙΣΤΕ

Οι ερευνητές με επικεφαλής τον Andrea Ghez, αστροφυσικός της UCLA, χρησιμοποίησαν εικόνες τηλεσκοπίου που λήφθηκαν από το 1995 και έπειτα από το 2006 για να δημιουργήσουν αυτό το κινούμενο σχέδιο που δείχνει την κίνηση των επιλεγμένων αστεριών στο κέντρο του Γαλαξία. Οι τροχιές αυτών των αστεριών και οι υπολογισμοί που έγιναν με τους νόμους της Κέπλερ της πλανητικής κίνησης παρέχουν τα καλύτερα στοιχεία για την ύπαρξη μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία. Ιδιαίτερα σημαντικό είναι το αστέρι S0-2, το οποίο περιβάλλει τη μαύρη τρύπα κάθε 15, 56 χρόνια και το αστέρι S0-16, το οποίο ανέρχεται σε 90 αστρονομικές μονάδες (η απόσταση από τη γη έως τον ήλιο) της μαύρης τρύπας

Βίντεο: Η Γαλαξία κινείται

[×] ΚΛΕΙΣΤΕ

Σε περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, οι γαλαξίες Γαλαξία και Ανδρομέδα θα συντριβούν από κοινού. Βελτιστοποίηση: NASA, ESA και F. Summers, STScI Προσομοίωση: NASA, ESA, G. Besla, Columbia University και R. van der Marel, STScI

Βίντεο: Τι συμβαίνει όταν οι γαλαξίες συγκρούονται;

σχετικό περιεχόμενο

  • Μέσα στις μαύρες τρύπες

Από τη κορυφή του Mauna Kea, σχεδόν 14.000 πόδια πάνω από τον Ειρηνικό Ωκεανό, ο Γαλαξίας κυλάει φωτεινά στον νυχτερινό ουρανό, μια ακραία όψη του γαλαξία μας. Μέρη του μεγάλου δίσκου είναι κρυμμένα από τη σκόνη, και πέρα ​​από ένα από εκείνα τα σκονισμένα στίγματα, κοντά στην τσαγιέρα του αστερισμού Τοξότη, βρίσκεται το κέντρο του Γαλαξία. Κρυμμένο υπάρχει μια βαθιά μυστηριώδης δομή γύρω από την οποία περιστρέφονται περισσότερα από 200 δισεκατομμύρια αστέρια.

Πίσω από μένα στην κορυφή των σκαμπανιών βράχων αυτού του αδρανούς ηφαιστείου στο νησί της Χαβάης είναι οι δίδυμοι θόλοι του WM Keck Observatory. Κάθε θόλος στεγάζει ένα τηλεσκόπιο με έναν γιγαντιαίο καθρέφτη πλάτους σχεδόν 33 ποδιών και, όπως ένα μάτι μύγας, που αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα τμήματα. Οι καθρέφτες είναι μεταξύ των μεγαλύτερων στον κόσμο για τη συγκέντρωση του φωτός του αστέρα και ένα από τα τηλεσκόπια είναι εξοπλισμένο με ένα εκθαμβωτικό νέο εργαλείο που αυξάνει σημαντικά τη δύναμή του. Εξετάζω το πλησιέστερο από τα χαλαρά σπειροειδή βραχίονες του Γαλαξία, καθώς περιμένω να επιστρέψουν οι τεχνικοί για να γυρίσουν τον διακόπτη.

Στη συνέχεια, ξαφνικά και με το αχνό κλικ ενός κλείστρου που ανοίγει ανοιχτά, μια χρυσοπράσινη δέσμη λέιζερ βγαίνει στον ουρανό από τον ανοικτό θόλο. Η ακτίνα φωτός, πλάτους 18 ίντσες, φαίνεται να τελειώνει μέσα σε ένα από τα πιο μαύρα σημεία του Γαλαξία. Στην πραγματικότητα καταλήγει 55 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης. Το σήμα που κάνει εκεί επιτρέπει στο τηλεσκόπιο να αντισταθμίσει τη θολότητα της ατμόσφαιρας της Γης. Αντί για εικόνες θορυβώδους διαταραχής από τους συνεχώς μεταβαλλόμενους ποταμούς αέρος πάνω από τα κεφάλια μας, το τηλεσκόπιο παράγει εικόνες τόσο ξεκάθαρες όσο οι οποιεσδήποτε αποκομίζονται από τους δορυφόρους στο διάστημα. Ο Keck ήταν ένα από τα πρώτα παρατηρητήρια που είχαν εξοπλιστεί με οδηγό λέιζερ. τώρα μισοί άλλοι αρχίζουν να τις χρησιμοποιούν. Η τεχνολογία παρέχει στους αστρονόμους μια απότομη όψη του πυρήνα του γαλαξία, όπου τα αστέρια είναι γεμάτα σφιχτά όπως ένα καλοκαιρινό σμήνος από σκνίπες και στροβιλίζονται γύρω από το πιο σκοτεινό μέρος όλων: μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα.

Η μαύρη τρύπα της Γαλαξίας είναι αναμφισβήτητα το πιο περίεργο πράγμα στον γαλαξία μας - μια τρισδιάστατη κοιλότητα στο διάστημα δέκα φορές το φυσικό μέγεθος του ήλιου μας και τέσσερις εκατομμύρια φορές η μάζα, ένα εικονικό απύθμενο λάκκο από το οποίο δεν διαφεύγει τίποτα. Κάθε μεγάλος γαλαξίας, πιστεύεται τώρα, έχει μια μαύρη τρύπα στον πυρήνα του. Και για πρώτη φορά, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να μελετήσουν τον όλεθρο που προκαλούν αυτές οι οδυνηρές οντότητες. Κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας, οι αστρονόμοι Keck θα παρακολουθήσουν χιλιάδες αστέρια που αλιεύονται στη βαρύτητα της μαύρης τρύπας του Γαλαξία. Θα προσπαθήσουν να καταλάβουν πώς γεννιούνται τα αστέρια στην εγγύτητά της και πώς παραμορφώνει τον ιστό του ίδιου του χώρου. "Βρήκα εκπληκτικό το γεγονός ότι μπορούμε να δούμε αστέρια που σφυρίζουν στη μαύρη τρύπα του γαλαξία μας", λέει ο Taft Armandroff, διευθυντής του Observatory Keck. "Αν μου είπατε ως πτυχιούχος φοιτητής ότι θα το δω κατά τη διάρκεια της καριέρας μου, είχα πει ότι ήταν επιστημονική φαντασία".

Βεβαίως, τα αποδεικτικά στοιχεία για τις μαύρες τρύπες είναι εντελώς έμμεσες. οι αστρονόμοι ποτέ δεν είδαν πραγματικά. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein προέβλεπε ότι η βαρύτητα ενός εξαιρετικά πυκνού σώματος θα μπορούσε να λυγίσει μια ακτίνα φωτός τόσο σοβαρά ώστε να μην μπορεί να ξεφύγει. Για παράδειγμα, εάν κάτι με τη μάζα του ήλιου μας συρρικνώθηκε σε μια μπάλα με μισό μίλι σε διάμετρο, θα ήταν αρκετά πυκνό ώστε να παγιδεύει το φως. (Για να γίνει η Γη μια μαύρη τρύπα, η μάζα της θα πρέπει να συμπιέζεται στο μέγεθος ενός μπιζελιού).

Το 1939, ο J. Robert Oppenheimer, ο οποίος πίστευε ότι ανέπτυξε την ατομική βόμβα, υπολόγισε ότι μια τέτοια δραστική συμπίεση θα μπορούσε να συμβεί στα μεγαλύτερα αστέρια αφού έπεσαν από υδρογόνο και άλλα καύσιμα. Μόλις τα αστέρια βούλιαζαν έξω, ο Oppenheimer και ένας συνάδελφος ποζάρουν, το υπόλοιπο αέριο θα καταρρεύσει εξαιτίας της δικής του βαρύτητας σε ένα άπειρα πυκνό σημείο. Οι παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου στη δεκαετία του 1960 και της δεκαετίας του '70 υποστήριξαν τη θεωρία. Μερικοί ερευνητές πρότειναν ότι η μόνη πιθανή πηγή ενέργειας για κάτι τόσο φωτεινό, όπως τα quasars - εξαιρετικά φωτεινοί φάρους εκατομμύρια έτη φωτός μακριά - θα ήταν μια συγκέντρωση εκατομμυρίων ήλιων που τραβιούνται μαζί από αυτό που οι επιστήμονες αργότερα αποκαλούσαν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι βρήκαν τότε αστέρια που φαινόταν να μαστίζουν γύρω από αόρατες οντότητες στον Γαλαξία μας και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μόνο η έλξη βαρύτητας από μικρές μαύρες τρύπες - που περιέχουν αρκετές φορές τη μάζα του ήλιου μας και είναι γνωστές ως αστεροειδείς μάζες - θα μπορούσαν να κρατήσουν τα αστέρια σε τέτοιες στενές τροχιές.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble πρόσθεσε τα στοιχεία για τις μαύρες τρύπες στη δεκαετία του 1990 μετρώντας πόσο γρήγορα τα εσωτερικά μέρη των άλλων γαλαξιών περιστρέφονται στα 1, 1 εκατομμύρια μίλια ανά ώρα στους μεγάλους γαλαξίες. Οι εκπληκτικές ταχύτητες έδειξαν πυρήνες που περιέχουν έως και ένα δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου. Η ανακάλυψη ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες βρίσκονται στον πυρήνα των περισσότερων, αν όχι όλων, γαλαξιών ήταν ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα του Χαμπλ. "Στην αρχή της έρευνας Hubble, θα έλεγα ότι οι μαύρες τρύπες είναι σπάνιες, ίσως ένας γαλαξίας σε 10 ή 100 και ότι κάτι πήγε στραβά στην ιστορία αυτού του γαλαξία", λέει ο επιστήμονας Hubble του Πανεπιστημίου του Michigan. "Τώρα έχουμε δείξει ότι είναι τυποποιημένος εξοπλισμός. Είναι το πιο αξιοσημείωτο πράγμα".

Ακόμη και από το Hubble, ο πυρήνας του Γαλαξία παρέμεινε αόριστος. Εάν ο γαλαξίας μας πρόσφυγε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, ήταν ήσυχη, λείπει τα αέρια που είδαν οι άλλοι. Το Hubble, το οποίο εξυπηρετήθηκε και αναβαθμίστηκε για τελευταία φορά το 2009, μπορεί να παρακολουθήσει ομάδες αστέρων κοντά στα κέντρα των μακρινών γαλαξιών, αλλά λόγω της στενής οπτικής γωνίας και των σύννεφων παχιάς σκόνης του γαλαξία, δεν μπορεί να πάρει το ίδιο είδος εικόνες στον γαλαξία μας. Μια άλλη προσέγγιση θα ήταν η παρακολούθηση μεμονωμένων αστεριών στην περιοχή της μαύρης τρύπας χρησιμοποιώντας υπέρυθρο φως, το οποίο μετακινείται μέσω σκόνης, αλλά τα αστέρια ήταν πολύ αδύνατα και πολύ γεμάτα για τα περισσότερα τηλεσκόπια επίγειας επίλυσης. Ακόμα, ορισμένοι αστρονόμοι στη δεκαετία του 1990 έκαναν τολμηρό ότι οι παρατηρήσεις του πυρήνα του Γαλαξία μπορούσαν να γίνουν δυνατές. Θα μπορούσαν τότε να αντιμετωπιστούν διάφορες ερωτηματικές ερωτήσεις: Πώς ζουν τα άστρα και πεθαίνουν σε αυτό το άγριο περιβάλλον; Τι καταναλώνει μια μαύρη τρύπα; Και μπορούμε να δούμε, στην καρδιά του Γαλαξία, τον στρεβλωμένο χώρο και τον χρόνο που είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν πριν από περίπου έναν αιώνα;

Η αίθουσα ελέγχου Keck απέχει 20 μίλια από το τηλεσκόπιο, στην πόλη Ranim της Waimea. Στους ερευνητές εκεί, το θεαματικό λέιζερ είναι ορατό μόνο ως ακτίνα wan σε οθόνη υπολογιστή. Οι αστρονόμοι ελέγχουν τα σημειωματάρια τους και τις οθόνες παρακολούθησης γεμάτα από δεδομένα από το τηλεσκόπιο, τις καιρικές συνθήκες και την τελευταία εικόνα των αστέρι που στοχεύουν. Χρησιμοποιούν έναν σύνδεσμο βίντεο για να μιλήσουν στον χειριστή των τηλεσκοπίων, ο οποίος θα περάσει όλη τη νύχτα στη σύνοδο κορυφής. Τα πράγματα πάνε τόσο ομαλά ώστε δεν υπάρχει τίποτα να κάνει. Το τηλεσκόπιο θα παραμείνει κλειδωμένο στο ίδιο σημείο στον ουρανό για τέσσερις ώρες. το λεπτό αποτέλεσμα του λέιζερ και μια φωτογραφική μηχανή που είναι προσαρτημένη στο τηλεσκόπιο διαρκεί μία έκθεση 15 λεπτών μετά την άλλη με αυτοματοποιημένη σειρά. "Αυτό είναι ακριβώς το πιο περίεργο είδος παρατήρησης υπάρχει, " λέει μου στο σχολείο του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο αστρονόμο Mark Morris, του Λος Άντζελες.

Ωστόσο, υπάρχει ένταση στο δωμάτιο. Αυτή η ομάδα αστρονόμων, υπό την ηγεσία του Andrea Ghez της UCLA, βρίσκεται σε συνεχή ανταγωνισμό με τους αστρονόμους στο Ινστιτούτο Max Planck για την εξωγήινη φυσική στο Garching της Γερμανίας. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο αστρονόμος Garching Reinhard Genzel και οι συνεργάτες του μελέτησαν τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία με τη χρήση του τηλεοπτικού τηλεσκοπίου Νέας Τεχνολογίας και του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου στη Χιλή. Ο Γκιζ, 45 ετών, ωθεί τους μαθητές της να εκμεταλλευτούν στο έπακρο κάθε συνεδρίαση παρατήρησης στο Keck. Πριν από έξι χρόνια εκλέχτηκε στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών - μια μεγάλη τιμή για κάποιον που είναι ακόμα στα 30 της. "Είναι εύκολο να είσαι στην πρώτη γραμμή της αστρονομίας αν έχεις πρόσβαση στα καλύτερα τηλεσκόπια στον κόσμο", λέει.

Σχεδόν πριν από μια δεκαετία οι αμερικανικές και οι γερμανικές ομάδες συνήγαγαν ανεξάρτητα ότι μόνο μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα μπορούσε να εξηγήσει τις συμπεριφορές των αστεριών στον πυρήνα του Γαλαξία. Τα αστέρια που περιστρέφονται γύρω από μια μεγάλη μάζα - είτε πρόκειται για μια μαύρη τρύπα είτε για ένα μεγάλο αστέρι - ταξιδεύουν μέσα στο διάστημα πολύ ταχύτερα από εκείνα που περιβάλλουν μια μικρότερη μάζα. Από οπτική άποψη, η μεγαλύτερη μάζα δημιουργεί μια βαθύτερη χοάνη στον ιστό του χώρου γύρω από τον οποίο περιστρέφονται τα αστέρια. όπως τα φύλλα που περιστρέφονται σε ένα τζακούζι, όσο πιο βαθιά το τζακούζι, τόσο πιο γρήγορα τα φύλλα γυρίζουν. Άλλοι αστρονόμοι είχαν δει ταχέως κινούμενα αστέρια και σύννεφα αερίου κοντά στο κέντρο του Γαλαξία, έτσι ώστε τόσο ο Ghez όσο και ο Genzel υποψιαζόταν ότι ένα πυκνό σύμπλεγμα ύλης ήταν κρυμμένο από την άποψη.

Με προσεκτική κατάρτιση των υπέρυθρων φωτογραφιών που διαρκούσαν μήνες και χρόνια, οι δύο ομάδες παρακολούθησαν τα πιο εσωτερικά αστέρια, εκείνα μέσα σε ένα μήνα φωτός από το κέντρο του γαλαξία. Συνδυασμένες, οι εικόνες είναι σαν κινηματογραφικές ταινίες των κινήσεων των αστεριών. "Από νωρίς, ήταν ξεκάθαρο ότι υπήρχαν μερικά αστέρια που μόλις τραβούσαν", θυμάται ο Γκέζ. "Είναι σαφές ότι ήταν πολύ κοντά στο κέντρο". Κάτι τους παγιδεύει σε μια βαθιά στροφή. Μια μαύρη τρύπα έκανε την πιο αίσθηση.

Το clinker ήρθε το 2002, όταν και οι δύο ομάδες οξύνουν τις εικόνες τους χρησιμοποιώντας προσαρμοστική οπτική, τεχνολογία που αντισταθμίζει τη θολούρα της ατμόσφαιρας. Οι επιστήμονες ακολούθησαν αστέρια που περιστρέφονταν επικίνδυνα κοντά στο κέντρο του γαλαξία και διαπίστωσαν ότι η μέγιστη ταχύτητα του ταχύτερου άστρου ήταν 3% της ταχύτητας του φωτός - περίπου 20 εκατομμύρια μίλια ανά ώρα. Αυτή είναι μια εκπληκτική ταχύτητα για έναν κόσμο με φυσικό αέριο πολύ μεγαλύτερο από τον ήλιο μας, και έπεισε ακόμη και τους σκεπτικιστές ότι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα ήταν υπεύθυνη γι 'αυτό.

Η θαμπάδα της ατμόσφαιρας της Γης έχει μολύνει τους χρήστες των τηλεσκοπίων από τις πρώτες μελέτες του Galileo για τον Δία και τον Κρόνο πριν από 400 χρόνια. Κοιτάζοντας ένα αστέρι μέσω του αέρα είναι σαν να κοιτάζετε μια δεκάρα στο κάτω μέρος της πισίνας. Τα ρεύματα αέρα κάνουν το θόρυβο του αστέρι μπροστά και πίσω.

Η μαύρη τρύπα του γαλαξία μας εκπέμπει ακτίνες Χ (που φαίνονται εδώ σε μια εικόνα από το δορυφορικό τηλεσκόπιο Chandra) καθώς η ύλη στροβιλίζεται προς την κατεύθυνση αυτή. Η μαύρη τρύπα του γαλαξία μας εκπέμπει ακτίνες Χ (που φαίνονται εδώ σε μια εικόνα από το δορυφορικό τηλεσκόπιο Chandra) καθώς η ύλη στροβιλίζεται προς την κατεύθυνση αυτή. (Marshall Space Flight Center / NASA)

Στη δεκαετία του 1990, οι μηχανικοί έμαθαν να σβήσουν τις στρεβλώσεις με μια τεχνολογία που ονομάζεται προσαρμοστική οπτική. υπολογιστές αναλύουν το μοτίβο jittering του εισερχόμενου φωτός αστέρι σε χιλιοστά του δευτερολέπτου σε χιλιοστά του δευτερολέπτου και χρησιμοποιούν αυτούς τους υπολογισμούς για να οδηγήσουν ένα σύνολο εμβόλων στο πίσω μέρος ενός λεπτού και εύκαμπτου καθρέφτη. Τα έμβολα κάμπτουν τον καθρέφτη εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο, ρυθμίζοντας την επιφάνεια για να αντισταθμίσουν τις παραμορφώσεις και να σχηματίσουν ένα απότομο κεντρικό σημείο.

Η τεχνολογία είχε ένα σημαντικό περιορισμό. Οι υπολογιστές χρειάζονταν ένα σαφές οδηγό φως ως ένα είδος σημείου αναφοράς. Το σύστημα λειτουργούσε μόνο αν το τηλεσκόπιο είχε στόχο σχεδόν ένα φωτεινό αστέρι ή πλανήτη, περιορίζοντας τους αστρονόμους σε μόλις 1% του ουρανού.

Δημιουργώντας ένα τεχνητό αστέρι-οδηγό όπου χρειάζεται, το λέιζερ του Keck Observatory αφαιρεί αυτόν τον περιορισμό. Η ακτίνα λέιζερ συντονίζεται σε μια συχνότητα που ανάβει τα άτομα νατρίου, τα οποία αφήνονται με την αποσύνθεση μετεωριτών σε ένα στρώμα της ατμόσφαιρας. Οι υπολογιστές του Keck αναλύουν την παραμόρφωση στην στήλη του αέρα ανάμεσα στον καθρέφτη των τηλεσκοπίων και το αστέρι που δημιουργήθηκε με λέιζερ.

Μέσα στον ψηλό θόλο των 101 ποδιών του τηλεσκοπίου, το σύστημα λέιζερ κάθεται μέσα σε ένα περίβλημα μεγέθους διαύλου. Το λέιζερ ξεκινάει με ηλεκτρική ενέργεια 50.000 watts, ενισχύοντας τη δέσμη φωτός μέσα σε ένα διάλυμα χρωστικής που παρασκευάζεται από αιθανόλη 190 ατόμων. Αλλά από τη στιγμή που το φως ρυθμίζεται στο σωστό του χρώμα και η ενέργεια του διοχετεύεται κατά μήκος μιας μόνο διαδρομής, η ισχύς του μειώνεται στα περίπου 15 watts - ακόμα αρκετά φωτεινή ώστε η Federal Aviation Administration απαιτεί από το παρατηρητήριο να κλείσει το λέιζερ εάν ένα αεροπλάνο είναι αναμένεται να πετάξει κοντά στο μονοπάτι. Από απόσταση αρκετών εκατοντάδων μέτρων το λέιζερ μοιάζει με μια αμυδρή δέσμη μολυβιών. Από λίγο μακρύτερα δεν είναι καθόλου ορατό. Όσον αφορά το υπόλοιπο νησί, δεν υπάρχει εκπομπή λέιζερ στο Mauna Kea.

Ο προσδιορισμός μιας μαύρης τρύπας είναι ένα πράγμα. περιγράφοντας το είναι άλλο. "Είναι δύσκολο να ζωγραφίσουμε μια εικόνα που σχετίζεται με τον κόσμο όπως το καταλαβαίνουμε, χωρίς να χρησιμοποιούμε μαθηματική πολυπλοκότητα", λέει ο Ghez ένα απόγευμα στο κέντρο ελέγχου Keck. Την επόμενη μέρα, ρωτάει τον 6χρονο γιο της αν ξέρει τι είναι μια μαύρη τρύπα. Η γρήγορη απάντησή του: "Δεν ξέρω, μαμά, μήπως εσείς;"

Ο Mark Morris πιστεύει ότι η "βύθιση" κάνει μια κατάλληλη μεταφορά για μια μαύρη τρύπα. Εάν ήσασταν στο διάστημα κοντά στη μαύρη τρύπα, "λέει, " θα δείτε τα πράγματα να εξαφανίζονται από όλες τις κατευθύνσεις ".

Τόσο ο Ghez όσο και ο Morris ήθελαν να φανταστούν να κοιτάζουν έξω από μια μαύρη τρύπα. "Αυτό είναι το ακμάζον κέντρο της πόλης του γαλαξία, σε σύγκριση με τα προάστια όπου είμαστε", λέει ο Ghez. "Τα αστέρια κινούνται με τεράστιες ταχύτητες. Θα δείτε τα πράγματα να αλλάζουν σε χρονική κλίμακα δεκάδων λεπτών". Ο Morris αναλαμβάνει αυτό το θέμα. "Αν κοιτάξετε τον νυχτερινό ουρανό από μια όμορφη κορυφή της κορυφής, παίρνετε την αναπνοή σας πόσα αστέρια υπάρχουν", λέει. "Τώρα, πολλαπλασιάστε το με ένα εκατομμύριο.Αυτό θα έμοιαζε με τον ουρανό στο γαλαξιακό κέντρο, θα ήταν σαν έναν ουρανό γεμάτο από Jupiters και μερικά αστέρια τόσο λαμπερά όσο η πανσέληνος".

Σε ένα τέτοιο μαγευτικό περιβάλλον, οι νόμοι της φυσικής είναι εξαιρετικά στριμμένοι. Ο Ghez και ο Morris ελπίζουν να συγκεντρώσουν την πρώτη απόδειξη ότι τα αστέρια πράγματι ταξιδεύουν κατά μήκος των περίεργων τροχιακών διαδρομών που προβλέπει η θεωρία της σχετικότητας του Einstein. Αν ναι, κάθε αστέρι θα εντοπίζει κάτι σαν ένα μοτίβο από ένα παιχνίδι στύψιμο του Spirograph: μια σειρά βρόχων που μετατοπίζονται σταδιακά σε σχέση με τη μαύρη τρύπα. Ο Ghez πιστεύει ότι αυτή και οι συνάδελφοί της απέχουν αρκετά χρόνια από την επισήμανση αυτής της μετατόπισης.

Με κάθε νέο εύρημα, ο πυρήνας του Γαλαξία γίνεται πιο αμηχανία και συναρπαστικό. Τόσο οι ομάδες του Ghez όσο και του Genzel φοβήθηκαν να ανακαλύψουν πολλά τεράστια νεαρά αστέρια στη γειτονιά της μαύρης τρύπας. Υπάρχουν αποτελέσματα από αυτά, όλα τα παιδιά ηλικίας μόλις πέντε έως δέκα εκατομμυρίων ετών, σε κοσμικό επίπεδο - και είναι περίπου δέκα φορές πιο μαζικά από τον ήλιο μας. Κανείς δεν είναι απολύτως σίγουρος πως έχουν πλησιάσει τόσο κοντά στη μαύρη τρύπα ή πώς έγιναν. Σε άλλα μέρη του γαλαξία, τα πρωταρχικά αστέρια απαιτούν μια κρύα, ήρεμη κοιλιά μέσα σε ένα μεγάλο σύννεφο σκόνης και αερίου. Ο γαλαξιακός πυρήνας είναι οτιδήποτε άλλο παρά η ηρεμία: η έντονη ακτινοβολία πλημμυρίζει την περιοχή και η βαρύτητα της μαύρης τρύπας πρέπει να καταστρέψει τα αέρια φυτώρια πριν από ό, τι επωάζει εκεί. Όπως το έθεσε ο Reinhard Genzel σε συνέδριο πριν από αρκετά χρόνια, αυτοί οι νέοι αστέρες "δεν έχουν το καταραμένο δικαίωμα να είναι εκεί". Είναι πιθανό ότι μερικοί από αυτούς γεννήθηκαν μακρύτερα και μετανάστευσαν προς τα μέσα, αλλά οι περισσότεροι θεωρητικοί πιστεύουν ότι είναι πολύ νέοι για αυτό το σενάριο. Ο Μόρις πιστεύει ότι η έντονη βαρύτητα συμπιέζει το σπειροειδές αέριο σε ένα δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, δημιουργώντας τους νέους ήλιους σε έναν τύπο γεννήσεως αστέρα που δεν παρατηρείται σε κανένα άλλο γαλαξιακό περιβάλλον.

Αυτά τα νεαρά αστέρια θα αυτοκαταστραφούν λίγα εκατομμύρια χρόνια από τώρα. Και όταν το κάνουν, οι πιο μαζικές θα αφήσουν πίσω τις μικρές μαύρες τρύπες. Ο Morris θεωρεί ότι εκατοντάδες χιλιάδες από αυτές τις μαύρες οπές μαζικής μάζας, που συσσωρεύονται από παλιές γενιές αστέρες, στροβιλίζονται γύρω από την κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες της αστρικής μάζας είναι μόνο περίπου 20 μίλια πλάτος, επομένως οι συγκρούσεις μεταξύ τους θα ήταν σπάνιες. Αντίθετα, ο Μόρις λέει: "Θα έχετε μαύρες τρύπες να κουνηθούν το ένα το άλλο τη νύχτα και τα αστέρια να κινούνται μέσα από αυτό το ντέρμπι καταστροφής. Μια πλημμέληση ανάμεσα σε μία από τις μαύρες τρύπες και ένα αστέρι θα μπορούσε να σπάσει το αστέρι στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα από το γαλαξιακό κέντρο εξ ολοκλήρου. " Οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα μπορεί να βυθίσει ένα αστέρι μία φορά κάθε δέκα χιλιάδες χρόνια - ένα γεγονός που θα πλημμυρίσει το κέντρο του γαλαξία με ακτινοβολία. "Θα ήταν ένα θεαματικό γεγονός", λέει ο Morris.

Οι αστρονόμοι βλέπουν σημάδια τέτοιας τσούξιμο όταν εξετάζουν το εσωτερικό του Γαλαξία μας με ακτίνες Χ και ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία ανιχνεύουν τα κύματα σοκ των προηγούμενων εκρήξεων. Οι γιγάντιες μαύρες τρύπες σε άλλους γαλαξίες είναι πολύ μακριά για τους αστρονόμους να σπουδάσουν σε τέτοιο βάθος, λέει ο Avi Loeb, διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρίας και Υπολογισμών στο Κέντρο Χάρβαρντ-Σμινσόνιαν για Αστροφυσική στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο κρέμεται από κάθε ανακοίνωση από τις ομάδες Ghez και Genzel. "Οι πρόοδοι που έκαναν οι παρατηρητές σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα ήταν πραγματικά αξιοσημείωτες", λέει. «Εμείς οι θεωρητικοί είμαστε όλοι μαζορέτες γι 'αυτούς».

Ο Loeb και άλλοι ζωγραφίζουν μια νέα εικόνα για το πώς το σύμπαν και οι 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες του εξελίχθηκαν από τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13, 7 δισεκατομμύρια χρόνια. Πιστεύουν ότι όλοι οι γαλαξίες ξεκίνησαν με μαύρες τρύπες "σπόρων" που είναι ακόμη ανεξήγητες - δεκάδες έως χιλιάδες φορές η μάζα του ήλιου μας - που αυξήθηκε εκθετικά κατά τους βίαιους κύκλους τροφοδοσίας που συνέπεσαν στους γαλαξίες, κάτι που έκαναν πιο συχνά όταν ο κόσμος ήταν νεότερος και οι γαλαξίες ήταν πιο κοντά. Σε μια σύγκρουση, μερικά αστέρια καταπέλτηκαν σε βαθύ χώρο και άλλα αστέρια και αέρια καταρρέουν στη νέα μαύρη τρύπα στο κέντρο των γαλαξιών. Καθώς μεγαλώνει η μαύρη τρύπα, λέει ο Loeb, μετατρέπεται σε ένα κουάρκ με το αέριο που θερμαίνεται σε δισεκατομμύρια βαθμούς. Το κβάζαρ εκτοξεύει έπειτα το υπόλοιπο αέριο από τον γαλαξία εξ ολοκλήρου. Μετά την εξάντληση του αερίου, λέει ο Loeb, "η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα κάθεται στο κέντρο του γαλαξία, αδρανής και λιμοκτονούν".

Φαίνεται ότι ο Γαλαξίας μας, με τη μέτρια μαύρη τρύπα, έχει απορροφήσει μόνο μερικούς μικρότερους γαλαξίες και ποτέ δεν τροφοδότησε ένα κβάζαρ. Ωστόσο, μια φοβερή σύγκρουση αναδύεται. Ο πλησιέστερος μεγάλος γαλαξίας, ονομάζεται Ανδρομέδα, βρίσκεται σε μια πορεία σύγκρουσης με τον Γαλαξία. Οι δύο θα αρχίσουν να συγχωνεύονται περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, σχηματίζοντας σταδιακά έναν τεράστιο γαλαξία που ο Loeb και ο πρώην συνάδελφος του Harvard-Smithsonian TJ Cox αποκαλούν "Milkomeda". Οι υπερμεγέθεις κεντρικές μαύρες τρύπες των γαλαξιών θα συγκρουστούν, καταβροχθίζοντες χείμαρρους αερίου και αναφλέγοντας ένα καινούργιο κβάζαρ για σύντομο χρονικό διάστημα σε αυτό το κατασταλμένο τμήμα του σύμπαντος. «Είμαστε αργά χάλια σε αυτό το θέμα», σημειώνει ο Loeb. "Συμβαίνει στους περισσότερους άλλους γαλαξίες από νωρίς". (Η Γη δεν θα πέσει έξω από την τροχιά του Ήλιου από τη σύγκρουση και δεν θα πρέπει να χτυπηθεί από τίποτα κατά τη διάρκεια της συγχώνευσης, αλλά θα υπάρξουν πολύ περισσότερα αστέρια στον ουρανό.)

Το θορυβώδες μέλλον του γαλαξία μας, ο Loeb ελπίζει ότι σύντομα - ίσως μέσα σε μια δεκαετία - θα έχουμε την πρώτη εικόνα της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας του Γαλαξία, χάρη σε ένα αναδυόμενο παγκόσμιο δίκτυο τηλεσκοπίων "χιλιομετρικού κύματος". Ονομασμένοι για το μήκος κύματος των ραδιοκυμάτων που ανιχνεύουν, τα όργανα δεν θα δουν την ίδια την μαύρη τρύπα. Αντίθετα, σε συμφωνία θα χαρτογραφήσουν τη σκιά που βάζει σε μια κουρτίνα θερμού αερίου πίσω από αυτό. Εάν όλα πάνε καλά, η σκιά θα έχει ένα διακριτικό σχήμα. Ορισμένοι θεωρητικοί αναμένουν ότι η μαύρη τρύπα θα γυρίσει. Εάν ναι, σύμφωνα με την αντίθετη έλξη του χώρου που προέβλεπε ο Αϊνστάιν, η άποψή μας για τη σκιά θα στρεβλωθεί σε κάτι σαν ένα χαλαρό και τσαλακωμένο δάκρυ. "Θα ήταν η πιο αξιόλογη εικόνα που θα μπορούσαμε να έχουμε", λέει ο Loeb.

Την τέταρτη και τελευταία νύχτα των προγραμματισμένων παρατηρήσεων του Ghez, ο άνεμος και η ομίχλη στη σύνοδο κορυφής Mauna Kea κρατούν τους θόλους των τηλεσκοπίων κλειστοί. Έτσι οι αστρονόμοι αναθεωρούν τα δεδομένα τους από προηγούμενες νύχτες. Οι εικόνες από τις δύο πρώτες νύχτες κυμαίνονταν από καλό σε εξαιρετικό, λέει ο Ghez. η τρίτη νύχτα ήταν "αξιοσέβαστη". Λέει ότι είναι ικανοποιημένος: οι φοιτητές της έχουν αρκετά για να τους κρατήσουν απασχολημένους και ο Tuan Do από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine ταυτίζεται με μερικά μεγάλα, νεαρά αστέρια που προσθέτουν στην ανάλυση της ομάδας. «Αισθάνομαι απίστευτα προνομιούχο να δουλέψω σε κάτι στο οποίο έχω τόσο μεγάλη διασκέδαση», λέει ο Ghez. "Είναι δύσκολο να πιστέψουμε ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες, γιατί είναι μια τέτοια εξωτική κατάσταση του σύμπαντος. Μπορέσαμε να το καταδείξουμε και το βρίσκω πραγματικά βαθύ."

Ξοδεύει το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου της επιβλέποντας το κέντρο εντολών στην Waimea, αλλά ήταν στην κορυφή της Mauna Kea για να δει το λέιζερ σε δράση. Καθώς μιλάμε για το μαγευτικό θέαμα, είναι σαφές ότι ο Ghez εκτιμά μια ειρωνεία: οι αστρονόμοι αγαπούν το σκοτάδι και συχνά παραπονιούνται για οποιαδήποτε πηγή φωτός που μπορεί να παρεμβαίνει στις παρατηρήσεις τους. Ακόμα κι εδώ είναι, ρίχνοντας έναν φάρους φωτός στους ουρανούς για να βοηθήσουν να φωτιστεί το πιο σκοτεινό πράγμα που η ανθρωπότητα μπορεί ποτέ να ελπίζει να δει.

Αυτή η ιστορία από τον Robert Irion κέρδισε το Βραβείο του Ντέιβιντ Ν. Σράμχ για την Επιστήμη της Δημοσιογραφίας 2010 του Αμερικανικού Αστρονομικού Συλλόγου.

Γονείς στις μαύρες τρύπες