Η σύγκρουση των υπερμαζικών μαύρων τρυπών συγκλονίζει ολόκληρο το σύμπαν
Θα μπορούσε να πει κανείς ότι η συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών είναι η προφανής τελική μοίρα τους. Δεδομένου ότι «o σκοπός της ζωής» αυτών των αντικειμένων είναι να καταβροχθίζουν τα πάντα, φαίνεται αναπόφευκτο το να φαγωθούν και μεταξύ τους. Αλλά το τι συμβαίνει όταν συγκρούονται δεν είναι καθόλου απλό.
Το γεγονός ότι όταν συγκρούονται απελευθερώνουν ενέργεια – και μάλιστα τόση πολλή ενέργεια – φαίνεται ακατανόητο. Οι μαύρες τρύπες είναι μαύρες αφού οτιδήποτε πέφτει μέσα τους κάνει ένα ταξίδι χωρίς επιστροφή. Τίποτε, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να διαφύγει μόλις περάσει τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας, το σημείο χωρίς επιστροφή. Αλλά όλη η δράση συμβαίνει ακριβώς πριν από την διέλευση αυτού του ορίου από το οποίο «απαγορεύεται η έξοδος».
Για να δούμε το γιατί, ας εξετάσουμε τα δυαδικά συστήματα μαύρων τρυπών με αστρικές μάζες, τα οποία ξεκινούν ως ένα ζεύγος τεράστιων άστρων που περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο. Τα άστρα τελικά εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα) και οι αντίστοιχοι πυρήνες τους καταρρέουν σχηματίζοντας μαύρες τρύπες με μάζα έως και 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Τέτοια συστήματα είναι σχετικά σπάνια. Αλλά ακόμη πιο σπάνια είναι εκείνα όπου οι δύο μαύρες τρύπες βρίσκονται αρκετά κοντά ώστε τελικά να συγκρουστούν. Αν τέτοιες μαύρες τρύπες σχηματίζονταν σε απόσταση ενός δισεκατομμυρίου χιλιομέτρων μεταξύ τους, η διαδικασία μέχρι την συγχώνευση θα μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο από τα σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια που υπάρχει το σύμπαν.
Αν οι μαύρες τρύπες όντως πλησιάσουν αρκετά, ίσως επειδή η βαρύτητα ενός άστρου που περνά κοντά τις «ωθήσει» πιο κοντά – τότε αναλαμβάνει δράση ένα πολύ παράξενο φαινόμενο: σπειροειδώς πλησιάζουν ολοένα και περισσότερο η μία την άλλη εξαιτίας των βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπουν. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μάς λέει ότι κάθε επιταχυνόμενη μάζα δημιουργεί κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Ακόμη και όταν σηκώνεστε από την καρέκλα σας παράγετε βαρυτικά κύματα, όμως είναι εξαιρετικά χαμηλής ενέργειας και υπερβολικά ασθενή για να ανιχνευθούν.
Όμως οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά μαζικές, και όταν δύο από αυτές περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη μπορούν να κινούνται με ένα σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, παράγοντας έτσι άφθονα και ισχυρά βαρυτικά κύματα. Τα κύματα αυτά σχηματίζονται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, επομένως μπορούν να διαδοθούν ελεύθερα στο ευρύτερο σύμπαν. Η ενέργεια προέρχεται από την μείωση της δυναμικής ενέργειας του συστήματος των μαύρων τρυπών. Καθώς οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν αυτά τα κύματα, οι τροχιές τους συρρικνώνονται λόγω της ενέργειας που δαπανάται, φέρνοντάς τις ολοένα και πιο κοντά. Αυτό αυξάνει επίσης την επιτάχυνσή τους, ενισχύοντας περαιτέρω την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων και προκαλώντας ακόμη πιο στενές τροχιές. Στα τελευταία λίγα δευτερόλεπτα, οι μαύρες τρύπες στροβιλίζονται η μία γύρω από την άλλη σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, εκπέμποντας ολοένα και ισχυρότερα βαρυτικά κύματα, μέχρι που τελικά συγχωνεύονται, ενώνονται σε μία πιο μαζική μαύρη τρύπα. Μέχρι σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν καταφέρει να ανιχνεύσουν περίπου 300 τέτοιες συγχωνεύσεις διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων που τις συνοδεύουν.
Το κλειδί για τον υπολογισμό της ποσότητας της ενέργειας που εκτοξεύεται είναι η συνειδητοποίηση ότι η μάζα της προκύπτουσας μαύρης τρύπας δεν είναι απλώς το άθροισμα των προγόνων της. Σύμφωνα με τις σχετικιστικές εξισώσεις, περίπου το 5% της συνδυασμένης μάζας του ζευγαριού μετατρέπεται σε βαρυτικά κύματα εκείνη την τελική στιγμή. Αυτή η μετατροπή διέπεται από την πιο διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν, E = mc2, όπου m είναι η μάζα των μελανών οπών που χάνεται σε ενέργεια και c είναι η ταχύτητα του φωτός.
Για πόση ενέργεια μιλάμε εδώ; Μεγάλη … Κάνοντας τις πράξεις για τη σύγκρουση, π.χ. δύο μαύρων τρυπών με μάζα πέντε ηλιακών μαζών, η ποσότητα ενέργειας που θα εκπεμφθεί σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο από μια τέτοια συγχώνευση θα ήταν περίπου ίση με αυτήν που θα εκπέμψει ο ήλιος σε επτά τρισεκατομμύρια χρόνια.
Δηλαδή, για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα αυτές οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν περισσότερη ενέργεια από το φως ενός δισεκατομμυρίου γαλαξιών γεμάτων άστρα. Κι αυτές είναι σχετικά μικρές μαύρες τρύπες. Άλλες είναι πολύ, πολύ μεγαλύτερες.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν από 100.000 έως και δισεκατομμύρια – ναι, δισεκατομμύρια – φορές την μάζα του Ήλιου. Υπάρχουν στα κέντρα όλων των μεγάλων γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία μας (αν και η δική μας, που ονομάζεται Sagittarius A*, είναι σχετικά ελαφριά, με μόλις τέσσερα εκατομμύρια ηλιακές μάζες). Το πώς έγιναν τόσο μεγάλες εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο έντονης επιστημονικής συζήτησης. Μπορεί να γεννιούνται ήδη μεγάλες και να μεγαλώνουν ακόμη περισσότερο ή να ξεκίνησαν μικρές και να αυξήθηκαν σε μέγεθος καθώς σχηματιζόταν γύρω τους ο γαλαξίας.
Οι υπερμαζικές μαύρες τρύπες συνήθως ζουν μοναχικές ζωές, αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει όταν οι γαλαξίες συγκρούονται και συγχωνεύονται. Οι δύο υπερμαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα κάθε γαλαξία αρχίζουν να περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη, όπως και τα ξαδέρφια τους με τις ταπεινές αστρικές μάζες. Μπορούν τελικά σπειροειδώς να συγκλίνουν και να συγχωνευθούν (αν και οι λεπτομέρειες είναι κάπως περίπλοκες).
Δεδομένων των τεράστιων μαζών τους, η τελική κοσμο-σεισμική έκρηξη βαρυτικής ακτινοβολίας που εκπέμπουν είναι ασύγκριτα μεγαλύτερη. Αν επαναλάβουμε τον παραπάνω υπολογισμό με ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών 100 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών η καθεμία, τα νούμερα εκτοξεύονται. Η ενέργεια που εκπέμπουν στο τελευταίο δευτερόλεπτο πριν την συγχώνευση είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τη συνολική ενέργεια που εκπέμπουν όλα τα άστρα του ορατού σύμπαντος στο ίδιο χρονικό διάστημα!
Κι όμως, αυτές οι «μεγαλύτερες στο σύμπαν» εκρήξεις είναι αόρατες. Γιατί; Διότι τα ίδια τα βαρυτικά κύματα είναι αόρατα και μπορούν να εκπέμπονται χωρίς να συνοδεύονται από φως. Εξασθενούν επίσης με την απόσταση, και οι συγχωνεύσεις υπερμαζικών μαύρων τρυπών συμβαίνουν συνήθως δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Μέχρι να φτάσουν στη Γη, τα κύματα είναι σχεδόν μη ανιχνεύσιμα. Υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι έχουμε δει μια τέτοια συγχώνευση, αν και δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί. Σε μια δεκαετία περίπου, μπορεί να έχουμε πολλά περισσότερα δεδομένα από την αποστολή LISA (Laser Interferometer Space Antenna) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, τα οποία θα αποδείξουν ότι αυτά τα ιλιγγιώδη, κολοσσιαία γεγονότα πράγματι συμβαίνουν.
Ακόμη και τώρα που διαβάζετε αυτές τις γραμμές, βαρυτικά κύματα από αφάνταστα κατακλυσμικές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών διαπερνούν το σώμα σας. Ευτυχώς όμως με την ισχύ τους πολύ εξασθενημένη, πολύ μικρότερη κι από έναν ψίθυρο, αφού προκλήθηκαν σε αδιανόητα μεγάλη απόσταση από τη Γη.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: How much energy is released when supermassive black holes collide? – https://www.scientificamerican.com/article/how-much-energy-is-released-when-supermassive-black-holes-collide/
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ
physicsgg 
Σχολιάστε