Μπορούν οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες να εγκαταλείψουν τους γαλαξίες με τους οποίους «συν-εξελίχθηκαν» και να «μεταναστεύσουν» σε άλλους γαλαξίες; Σύμφωνα με τους αστροφυσικούς Gregory Shields, του Πανεπιστημίου Texas at Austin, και Erin Bonning, στο Quest University Canada, μπορούν.

Προτού, όμως, περιγράψουμε αναλυτικότερα με ποιον ακριβώς τρόπο οι Shields και Bonning εικάζουν ότι υλοποιείται αυτή η «μετανάστευση», θα αναφερθούμε σε κάποια στοιχεία των γαλαξιακών μαύρων τρυπών που σχετίζονται με τη μελέτη τους.

Οι αστρονομικές έρευνες των τελευταίων ετών οδήγησαν στη διαπίστωση ότι σχεδόν κάθε μεγάλος γαλαξίας φιλοξενεί στον πυρήνα του μια τεράστια μαύρη τρύπα με μάζα εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη απ’ τη μάζα του Ήλιου.

Σε αντίθεση, όμως, με τον μηχανισμό σχηματισμού των αστρικών μαύρων τρυπών, που είναι σε γενικές γραμμές κατανοητός, δεν συμβαίνει το ίδιο και με τις γαλαξιακές μαύρες τρύπες, και πολλά ερωτήματα που σχετίζονται μ’ αυτές εξακολουθούν να παραμένουν αναπάντητα.

Για παράδειγμα, γιατί είναι τόσο πολυπληθείς; Τι σχηματίστηκε πρώτο: ο γαλαξίας ή η μαύρη τρύπα που εμπεριέχει; Και, κυρίως, ποιος είναι ο φυσικός μηχανισμός σχηματισμού τους;

Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες εντοπίζονται κυρίως σε γιγάντιους ελλειπτικούς γαλαξίες, καθώς και σε σπειροειδείς γαλαξίες, όπως ο δικός μας, στον πυρήνα των οποίων κυριαρχεί μια πυκνή και σφαιροειδής συγκέντρωση άστρων, που σχηματίζει ένα κεντρικό εξόγκωμα.

Επί πλέον έχει διαπιστωθεί ότι όσο μεγαλύτερο είναι το εξόγκωμα αυτό, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μαύρη τρύπα στο κέντρο του, ενώ έχει υπολογιστεί ότι η συνολική μάζα του εξογκώματος είναι περίπου 1.000 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της μαύρης τρύπας που φιλοξενεί.

Δεν είναι απολύτως κατανοητό γιατί συμβαίνει αυτό, οι περισσότεροι αστρονόμοι όμως υποστηρίζουν ότι αυτή η σχέση μεταξύ των μαζών της κεντρικής μαύρης τρύπας και του κεντρικού εξογκώματος δεν είναι τυχαία, γεγονός που υποδηλώνει ένα είδος «συν-εξέλιξης» των γαλαξιών και των μαύρων τρυπών που φιλοξενούν.

Σύμφωνα με τις ως τώρα έρευνες, η σχέση αυτή εξηγείται ως εξής: τόσο οι ελλειπτικοί όσο και οι σπειροειδείς γαλαξίες με μεγάλα κεντρικά εξογκώματα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης και εντέλει της συγχώνευσης μικρότερων γαλαξιών, καθώς οι πολύπλοκες βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που αναπτύσσονται στη διάρκεια της συγχώνευσης, εξαναγκάζουν τα άστρα του νέου γαλαξία που διαμορφώνεται να μην κινούνται πλέον στο επίπεδο του γαλαξιακού δίσκου, αλλά να αποκτούν περισσότερο τυχαίες τροχιές, γεγονός που του προσδίδει τελικά ένα περισσότερο σφαιροειδές σχήμα.

Εκτός αυτού, κατά τη διάρκεια της γαλαξιακής συγχώνευση, αέρια νέφη συγκρούονται μεταξύ τους και ωθούνται προς το κέντρο του νέου γαλαξία που σχηματίζεται, δίνοντας έτσι το έναυσμα για μια περίοδο εκρηκτικής αστρογένεσης, η οποία αυξάνει τον αριθμό και τη συνολική μάζα των άστρων του εξογκώματος. Την ίδια στιγμή, οι επί μέρους μαύρες τρύπες των δύο γαλαξιών συγχωνεύονται σε μία μεγαλύτερη, η μάζα της οποίας συνεχίζει να αυξάνει, χάρη στην απορρόφηση μέρους των αερίων νεφών του νέου γαλαξιακού πυρήνα.

Με αυτόν τον τρόπο, η πυκνή και σφαιροειδής συγκέντρωση άστρων στους γαλαξιακούς πυρήνες και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες διογκώνουν παράλληλα τη μάζα τους και συν-εξελίσσονται. Όταν όμως η νέα μαύρη τρύπα διογκωθεί στο 1 χιλιοστό περίπου της μάζας του εξογκώματος, η έκλυση ενέργειας από τη μαύρη τρύπα ωθεί τα υπόλοιπα αέρια νέφη μακριά από το γαλαξιακό κέντρο και η αύξηση της μάζας της μαύρης τρύπας σταματά.

Προσομοιώσεις γαλαξιακών συγκρούσεων σε υπερυπολογιστές έχουν δείξει ότι η συγχώνευση των επί μέρους γαλαξιακών μαύρων τρυπών συνοδεύεται από την έκλυση τεραστίων ποσοτήτων ενέργειας, συνήθως προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, γεγονός που με τη σειρά του εκτινάσσει την μαύρη τρύπα προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Συχνά, μάλιστα, η νέα μαύρη τρύπα μπορεί να εκτιναχθεί με ταχύτητα που φτάνει ακόμη και τα 5.000 km/s, αρκετή δηλαδή ώστε να διαφύγει απ’ τη βαρυτική έλξη του γαλαξία που τη φιλοξενεί. Παρόλο, όμως, που οι αστρονόμοι έχουν ψάξει εντατικά στο Διάστημα, δεν έχουν καταφέρει μέχρι σήμερα να εντοπίσουν τέτοιες «περιπλανώμενες» μαύρες τρύπες.

Θα μπορούσε λοιπόν μια τέτοια μαύρη τρύπα να εγκαταλείψει τον γαλαξία της και να μεταναστεύσει σε κάποιον άλλον; Το 2012 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι ο γαλαξίας NGC 1277 φιλοξενεί στον πυρήνα του μια πραγματικά τερατώδη μαύρη τρύπα, με μάζα 17 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη απ’ αυτή του Ήλιου. Πρόκειται για τη μεγαλύτερη ίσως γαλαξιακή μαύρη τρύπα που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα. Το πρόβλημα είναι ότι μια γαλαξιακή μαύρη τρύπα αυτού του μεγέθους θα έπρεπε κανονικά να φιλοξενείται σε έναν πολύ μεγαλύτερο γαλαξία.

Ο NGC 1277 είναι ένας σχετικά μικρός φακοειδής γαλαξίας, ο οποίος βρίσκεται περίπου 220 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, στον αστερισμό του Περσέα, ενώ έχει διάμετρο που δεν υπερβαίνει τα 25.000 έτη φωτός. Δηλαδή, παρόλο που ο NGC 1277 έχει μέγεθος που μόλις φτάνει το ένα τέταρτο της διαμέτρου του Γαλαξία μας, η μαύρη τρύπα που φιλοξενεί στον πυρήνα του έχει μάζα 4.000 φορές μεγαλύτερη απ’ τη μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας.

Για να το πούμε διαφορετικά, παρόλο που σύμφωνα με τις ως τώρα γνώσεις μας η μάζα μιας γαλαξιακής μαύρης τρύπας δεν μπορεί να υπερβαίνει το 0,1% της μάζας του κεντρικού εξογκώματος του γαλαξία που τη φιλοξενεί, η μαύρη τρύπα του γαλαξία NGC 1277 έχει μάζα που αντιστοιχεί στο 59% της μάζας του κεντρικού εξογκώματος άστρων του γαλαξία της.

Αυτή η εκπληκτική ανακάλυψη είναι δύσκολο να συμβιβαστεί με τις υπάρχουσες θεωρίες, σύμφωνα με τις οποίες οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες συν-εξελίσσονται με τους γαλαξίες που τις φιλοξενούν.

Εάν, μάλιστα, επιβεβαιωθούν και κάποιες άλλες έρευνες, σύμφωνα με τις οποίες έχουν εντοπιστεί 5 ακόμη σχετικά μικροί γαλαξίες, οι οποίοι φιλοξενούν «αφύσικα» μεγάλες μαύρες τρύπες, οι αστρονόμοι θα πρέπει ενδεχομένως να αναθεωρήσουν και να επανεξετάσουν τα ίδια τα θεμέλια των θεωριών τους που αφορούν στην εξέλιξη των γαλαξιών.

Οι Shields και Bonning, από την άλλη, προτείνουν μια σχετικά απλή λύση αυτού του προβλήματος, η οποία δεν απαιτεί ούτε «νέα φυσική», αλλά ούτε και θεμελιώδεις αλλαγές στο βασικό θεωρητικό πλαίσιο που περιγράφει τη γαλαξιακή εξέλιξη. Σύμφωνα, λοιπόν, με τους δύο αστροφυσικούς, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, δύο άλλοι γαλαξίες συγχωνεύθηκαν, σχηματίζοντας τον γιγάντιο γαλαξία NGC 1275. Καθώς οι επιμέρους μαύρες τρύπες των δύο γαλαξιών στροβιλίζονταν όλο και πλησιέστερα η μία με την άλλη, συγχωνεύθηκαν εντέλει σε μία.

Στη συνέχεια, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που αναφέραμε, η έκλυση τεραστίων ποσοτήτων ενέργειας κατά τη συγχώνευση εκτόξευσε τη νεοσχηματισμένη μαύρη τρύπα εκτός του γαλαξία NGC 1275.

Αυτή η νέα και «άστεγη» πλέον μαύρη τρύπα περιφερόταν στην ευρύτερη περιοχή που κυριαρχεί το γαλαξιακό σμήνος του Περσέα για δισεκατομμύρια χρόνια, έχοντας συμπαρασύρει στο ταξίδι της εκατομμύρια άστρα, που είχαν παγιδευθεί από το βαρυτικό της πεδίο.

Εντέλει, όμως, προσέγγισε τον γαλαξία NGC 1277, «αιχμαλωτίστηκε» απ’ το βαρυτικό του πεδίο και στη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, «απορροφήθηκε» στον πυρήνα του.

Άλλοι, όμως, αστροφυσικοί, οι οποίοι δεν συμμετείχαν στη συγκεκριμένη μελέτη, ενώ αναγνωρίζουν την πρωτοτυπία και τη δημιουργικότητα των δύο συναδέλφων τους, σημειώνουν ότι κανένα από τα βήματα αυτής της φυσικής διεργασίας δεν παρατηρείται συχνά στο Σύμπαν. Όσο για τον ίδιο τον Shields, σημειώνει: «ήταν πολύ διασκεδαστικό που δουλέψαμε πάνω σ’ αυτό το πρόβλημα.

Τώρα, αυτό που πρέπει να κάνουμε είναι να πείσουμε τους συναδέλφους μας, αλλά και εμάς τους ίδιους, ότι η λύση που βρήκαμε είναι και η σωστή».

Στην εικόνα που παραθέτουμε διακρίνεται το γαλαξιακό σμήνος του Περσέα, όπως επίσης και ο γαλαξίας NGC 1275 στο αριστερό άκρο της εικόνας (Copyright ©2003-2012 by Robert Franke).

π