Γαλαξίες και μαύρες τρύπες – μια οπτική από το Webb Space Telescope

Άρθρο της Επίκουρης Καθηγήτριας του Τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ, Καλλιόπης-Μαρίας Δασύρα

Η εξέλιξη γαλαξιών, που περιλαμβάνει την ικανότητά τους να φτιάνουν νέα αστέρια, μπορεί να επηρεαστεί από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους. Οι μαύρες τρύπες αυτές, έχουν μάζα μεγαλύτερη από 1 εκατομμύριο φορές τη μάζα του Ηλίου μας κι έλκουν βαρυτικά αντικείμενα κοντινά σε αυτές. Καθώς κάποια αστέρια, πλανήτες ή και αέριο του μεσοαστρικού χώρου πέφτουν σε μια τέτοια μαύρη τρύπα, εκλύουν ενέργεια προς το γαλαξία. Επιπλέον, το υλικό που προσπίπτει δημιουργεί ένα δίσκο προσαύξησης γύρω από τη μαύρη τρύπα, ο οποίος αποτελείται από φορτισμένα σωμάτια. Κάποια από αυτά τα σωμάτια συμπαρασύρονται από γραμμές ηλεκτρομαγνητικού πεδίου κι εκτοξεύονται προς τα έξω, συχνά με πολύ μεγάλες ταχύτητες που προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός, σε μορφή δέσμης,, δημιουργώντας το λεγόμενο πίδακα. Ένας πίδακας μπορεί να ταξιδέψει πολύ μακριά από το σημείο παραγωγής του, να διασχίσει έναν ολόκληρο γαλαξία ακόμα και να βγει από αυτόν και να ταξιδέψει περισσότερο. Μάλιστα, πρόσφατα παρατηρήθηκε η μεγαλύτερη γνωστή απόσταση που έχει διανύσει πίδακας. Είναι ίση με 160 φορές τη διαμετρο του γαλαξία μας και βρίσκεται σε επίσης νεονακαλυφθέντα ραδιογαλαξία (που βαπτίστηκε Alcyoneus). Ανακαλύφθηκε από ερευνητές στην Ολλανδία με δεδομένα από το ραδιοτηλεσκόπιο LOFAR (Oei et al. 2022).

Καθώς ένας πίδακας διασχίζει το μεσοαστρικό χωρο ενός γαλαξία, πριν δραπευτεύσει από αυτόν, μπορεί να συγκρουστεί με νέφη του μεσοαστρικού χώρου. Κατά τη σύγκρουση, που μπορεί να είναι πολύ σφοδρή, ένα μεγάλο μέρος των νεφών μπορεί να διασκορπιστεί, κι αέριό τους να εκτοξευτεί προς διάφορες κατευθύνσεις. Έτσι γεννιόνται γαλαξιακοί άνεμοι. Το τι συμβαίνει έχει οπτικοποιηθεί στην παρακάτω animation: https://www.youtube.com/watch?v=sopEHuZeOgY

Οι άνεμοι αυτοί συμπαρασύρουν και διαλύουν κι άλλα νέφη που συναντούν στην πορεία τους, αφαιρώντας μάζα από τη «δεξαμενή» από την οποία φτιάχνονται νέα άστρα. Στο ΕΚΠΑ μελετούμε τέτοια φαινόμενα, και μάλιστα έχουμε κερδίσει χρόνο παρατηρήσεων στο πιο πρόσφατο και μεγαλύτερο διαστημικό τηλεσκόπιο, το James Webb Space Telescope (JWST) για να μελετήσουμε πώς μεταβάλλεται η πίεση των νεφών με τα οποία συγκρούεται ένας πίδακας, καθώς οι μεταβολές πίεσης μπορούν να οδηγήσουν στη μεταφορά αερίων μαζών, ακριβώς όπως και στην ατμόσφαιρα της Γης. Τέτοιες ενδείξεις έχουμε ήδη λάβει από δεδομένα με τη ραδιοσυστοιχία Atacama Large Millimeter Array.

Αξιοσημείωτο είναι επίσης το γεγονός, ότι πιθανόν κάτι τέτοιο να έχει συμβεί και στο δικό μας Γαλαξία. Πριν από περίπου μία δεκαετία η αστρονομία ακτίνων γ έφερε στο φως εκτενείς δομές, γνωστές κι ως φυσαλίδες Fermi, οι οποίες εντοπίζονται πάνω και κάτω από το επίπεδο του Γαλαξία μας κι έχουν συγκρίσιμη έκταση με αυτόν! Χάρη στην κινηματική αερίου που βρέθηκε σε αυτές προτάθηκε ότι είναι αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης με πίδακα που εκτινάχθηκε από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του στον παρελθόν. Σύγκρουση πίδακα με μεσοαστρικό αέριο σίγουρα ανιχνεύεται σε πολλούς κοντινούς γαλαξίες, όπως τον IC5063.

Nέες παρατηρήσεις του γαλαξία IC5063 θα γίνουν ως μέρος προγράμματος του 1^ου κύκλου παρατηρήσεων του JWST σε υπέρυθρα μήκη κύματος, που θα δώσουν πληροφορίες για τις φυσικές ιδιότητες του μοριακού υδρογόνου στο γαλαξία αυτό. Το πρόγραμμα αυτό είναι το μόνο με επικεφαλής ερευνητικό υπεύθυνο στον Ελλαδικό χώρο. Η ομάδα που το αιτήθηκε (με επικεφαλής την Κ. Δασύρα του Τμήματος Φυσικής), είναι μία εκ των ~300 ομάδων παγκοσμίως που πήρε χρόνο στο Webb.