Copyright 2022 The Associated

Η φωτογραφία της μαύρης τρύπας Τοξότης Α* στο κέντρο του Γαλαξία. Η «σκιά» της μαύρης τρύπας είναι η σκοτεινή περιοχή στο κέντρο. Στην πραγματικότητα έχει σφαιρικό σχήμα, αλλά η φωτεινότητα των τριών συγκεντρώσεων ύλης γύρω της και διάφορες άλλες παραμορφώσεις, σχετιζόμενες με τη διαδικασία παρατήρησης και επεξεργασίας των δεδομένων, την κάνουν να φαίνεται τριγωνική. Ο χρωματισμός είναι τεχνητός για να αναδεικνύεται καλύτερα η διαφορά λαμπρότητας των επιμέρους περιοχών

Οι επιστήμονες από καιρό θεωρούσαν πως μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα βρίσκεται κρυμμένη μέσα στη χαοτική κεντρική περιοχή του Γαλαξία, ως μόνη πιθανή εξήγηση για τα φαινόμενα που παρατηρούσαν, όπως η κίνηση μεγάλων άστρων με τεράστια ταχύτητα γύρω από κάτι αόρατο. Σ' αυτό το αόρατο σώμα δόθηκε η ονομασία Τοξότης Α*, επειδή βρίσκεται στην περιοχή Α του ομώνυμου αστερισμού. Αλλά δεν το ονομάτιζαν μαύρη τρύπα, καθώς δεν είχαν ξεκάθαρες αποδείξεις. Ακόμη και η απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής το 2020 στους Ράινχαρτ Γκένζελ και Αντρεα Γκεζ, για τη δουλειά τους σχετικά με τον Τοξότη Α*, αναφερόταν στην «ανακάλυψη ενός υπερμεγέθους συμπαγούς αντικειμένου στο κέντρο του Γαλαξία». Ομως, τώρα οι αμφιβολίες έπαψαν.

Η φωτογραφία του Τοξότη Α* δείχνει έναν μαύρο δακτύλιο, ο οποίος περιβάλλεται από τρεις συγκεντρώσεις αερίων, που λάμπουν καθώς έχουν θερμοκρασία τρισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Οι μαύρες τρύπες παγιδεύουν οτιδήποτε τις πλησιάζει πέρα από ένα όριο, που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, γιατί ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει από την έλξη τους, αν μπει μέσα σε αυτό το νοητό κέλυφος. Ακριβώς γι' αυτό οι μαύρες τρύπες είναι πρακτικά αθέατες. Ομως, λόγω του ισχυρότατου βαρυτικού τους πεδίου παραμορφώνουν τον χωροχρόνο τόσο έντονα, ώστε όταν φωτίζονται από ρεύματα ύλης που ξεσκίζονται καθώς πέφτουν μέσα σ' αυτές, δημιουργούν μια «σκιά». Η σκιά είναι δυόμισι φορές μεγαλύτερη από τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας.

Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων μπορεί να καταγράψει αυτήν τη σκιά, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται Συμβολομετρία Μακράς Γραμμής Βάσης (VLBI), η οποία συνδυάζει ραδιοτηλεσκόπια σε πολλές ηπείρους, ώστε να σχηματίσει ένα εικονικό τηλεσκόπιο με μέγεθος όσο η Γη, το όργανο με την υψηλότερη δυνατή ανάλυση όσον αφορά την επίγεια αστρονομία. Η διακριτική του ικανότητα είναι τέτοια, που θα επέτρεπε να διαβάσει κανείς μια εφημερίδα στη Νέα Υόρκη ενώ κάθεται σε κάποιο σημείο στο Παρίσι! Τον Απρίλη του 2017, η διεθνής συνεργασία του EHT στόχευσε αυτό το εικονικό τηλεσκόπιο προς τον Τοξότη Α* και άλλες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, όπως εκείνη στο κέντρο του M87.

Η μαύρη τρύπα του Μ87 είναι 1.000 φορές μεγαλύτερη από τον Τοξότη Α*, αλλά βρίσκεται και 1.000 φορές πιο μακριά, οπότε σε ένα τηλεσκόπιο παρουσιάζονται και οι δύο με το ίδιο φαινομενικά μέγεθος. Θα περίμενε κανείς πως, λόγω της σημασίας της αλλά και λόγω της σχετικής εγγύτητας, οι επιστήμονες θα δημιουργούσαν πρώτα τη φωτογραφία του Τοξότη Α*. Ομως ο Τοξότης Α*, που έχει διάμετρο περίπου όση η διάμετρος της τροχιάς του πλανήτη Ερμή, συνεχώς αλλάζει, καθώς η ύλη που περιφέρεται γύρω του κάνει έναν κύκλο σε λιγότερο από μια ώρα. Ετσι, οι αστρονομικές παρατηρήσεις που χρειάζεται να διαρκούν αρκετές ώρες κάθε φορά, καθώς το παρατηρούμενο σώμα είναι πολύ αμυδρό, δημιουργούν μια «θολή» εικόνα, όπως η φωτογραφία μιας περιστρεφόμενης μπαλαρίνας, που παίρνουμε με χαμηλή ταχύτητα κλείστρου. Αντίθετα, η μαύρη τρύπα του γαλαξία Μ87 είναι πολύ μεγαλύτερη και η ύλη, που κινείται γύρω της, κάνει μέρες μέχρι να ολοκληρώσει μια περιφορά, άρα είναι σχετικά στάσιμη κατά τον χρόνο παρατήρησης.

Αν το σχετικά μικρό μέγεθος του Τοξότη Α* κάνει δύσκολη την παρατήρησή του, τον κάνει ταυτόχρονα εξαιρετικό εργαστήριο για την παραπέρα μελέτη των μαύρων τρυπών και τον έλεγχο της θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία για άλλη μια φορά επαληθεύτηκε με υψηλή ακρίβεια. Μελετώντας επί δεκαετίες τον Τοξότη Α* με όλα τα είδη τηλεσκοπίων, οι αστρονόμοι ήξεραν ήδη με μεγάλη ακρίβεια αρκετά στοιχεία γι' αυτόν: Τη μάζα του, τη διάμετρό του και την απόστασή του από τη Γη (26.000 έτη φωτός). Τώρα όμως έχουν και τη δυνατότητα να τον δουν να εξελίσσεται σε πραγματικό χρόνο, καθώς «καταπίνει» ρεύματα ύλης, που εκπέμπουν λάμψεις πριν χαθούν πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων.

Ο Τοξότης Α* είναι ένας ενεργός γαλαξιακός πυρήνας σε προσωρινή ύπνωση, μετά από το τελευταίο μεγάλο του «γεύμα». Κρύβεται πίσω από ένα πέπλο πολλών στρωμάτων. Το πρώτο στρώμα είναι τα 26.000 έτη φωτός αερίων και σκόνης στο γαλαξιακό επίπεδο, που εμποδίζουν το ορατό φως να φτάσει στη Γη, καθώς και ο πλανήτης μας βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. Τα ραδιοκύματα δεν εμποδίζονται απ' αυτό το στρώμα, αλλά από το δεύτερο στρώμα, μια ταραχώδη περιοχή του Διαστήματος, με μεγάλες διακυμάνσεις του διαστρικού μέσου, που τα κάνει να αποκλίνουν ελαφρώς. Το τελευταίο στρώμα απόκρυψης του Τοξότη Α* είναι η ίδια η παραμορφωμένη ύλη που τον περιβάλλει. Το να δει κανείς μέσα από αυτό το πέπλο, μοιάζει με το ξεφλούδισμα ενός κρεμμυδιού.

Προς το τέλος της δεκαετίας του 1990 και την πρώτη δεκαετία του 2000 ενεργοποιήθηκε μια νέα γενιά ραδιοτηλεσκοπίων υψηλότερων συχνοτήτων, που μπορούσαν να ενταχθούν στο VLBI, ώστε να παρατηρήσουν τον Τοξότη Α* στο φάσμα των μικροκυμάτων, δηλαδή στο τμήμα που θεωρούνταν ότι θα έλαμπε η ύλη στο όριο της σκιάς του. Ταυτόχρονα οι εξελίξεις στην τεχνολογία των ημιαγωγών που οδήγησαν στους δίσκους SSD και τους ισχυρούς σημερινούς επεξεργαστές, πολλαπλασίασαν τη δυνατότητα καταχώρησης και επεξεργασίας πληροφοριών από τα τηλεσκόπια του VLBI, που αριθμεί σήμερα 8 ραδιοτηλεσκόπια σε όλες τις ηπείρους (ακόμα και στην Ανταρκτική). Μετά από ένα δεκαήμερο παρατηρήσεων του Τοξότη Α* τον Απρίλη του 2017, δεδομένα 65 ωρών καταγεγραμμένα σε 1.000 δίσκους των 8 τεραμπάιτ μεταφέρθηκαν στις ΗΠΑ και στη Γερμανία προς επεξεργασία. Πέντε χρόνια αργότερα, οι καρποί της δουλειάς των επιστημόνων πρόσφεραν την πρώτη φωτογραφία της μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία.

Ελπίδες για σημαντικές νέες αστρονομικές ανακαλύψεις δημιουργεί η πολύ καλή ευθυγράμμιση των οργάνων του νέου αμερικανικού διαστημικού τηλεσκοπίου «Webb», που πρόκειται να περάσει σύντομα σε φάση κανονικής λειτουργίας και χρήσης από ερευνητές. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της μεγαλύτερης λεπτομέρειας που προσφέρει ένα από τα όργανα του «Webb», το MIRI (Οργανο μέσων - υπερύθρων), που παρατηρεί το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με μήκος κύματος 7,7 μικρόμετρα, είναι αυτή η συγκριτική φωτογραφία τμήματος του Μεγάλου Μαγγελανικού Νέφους. Αυτός ο μικρός γαλαξίας - δορυφόρος του Γαλαξία μας περιέχει ένα πυκνό αστρικό πεδίο κατάλληλο για τον έλεγχο ποιότητας του «Webb».

Αριστερά φαίνεται το συγκεκριμένο τμήμα του ουρανού, όπως καταγράφηκε από το εκτός λειτουργίας σήμερα διαστημικό τηλεσκόπιο υπερύθρων «Spitzer», στα 8.0 μικρόμετρα. Το «Spitzer» ήταν ό,τι καλύτερο υπήρχε πριν το «Webb» για αστρονομική παρατήρηση στο εγγύς και μέσο υπέρυθρο φάσμα. Δεξιά το ίδιο τμήμα όπως το κατέγραψε σε δοκιμαστική φωτογράφιση το «Webb». Τα άστρα και τα διαστρικά αέρια φαίνονται με πολύ μεγαλύτερη καθαρότητα και οξύτητα. Ο χρωματισμός είναι τεχνητός (οι υπέρυθρες ακτίνες δεν είναι ορατές από τον άνθρωπο), με επιλογή αποχρώσεων του κίτρινου - πορτοκαλί, ώστε να αναδεικνύονται καλύτερα οι λεπτομέρειες.