Διάστημα: Ανεξήγητες εκρήξεις προκαλούν μεγάλη έκπληξη στους αστρονόμους

Οι επιστήμονες έχουν στραμμένο το βλέμμα τους σε μία σειρά από ανεξήγητες διαστημικές εκρήξεις, τονίζοντας την αναγκαιότητα για περαιτέρω στοιχεία

Οι αστρονόμοι δεν είχαν ξαναδεί κάτι παρόμοιο όταν τηλεσκόπια στη Γη κατέγραψαν μία από τις πιο εκπληκτικά φωτεινές και ασυνήθιστες εκρήξεις το 2018, παρακολουθώντας την εξέλιξή της σε απόσταση 200 εκατομμυρίων ετών φωτός.

Η έκρηξη έγινε γρήγορα και λαμπρά, πολύ περισσότερο από ό,τι θα περίμενε κανείς για μια κανονική έκρηξη αστέρα, μία σουπερνόβα, πριν εξαφανιστεί. Με την ονομασία AT2018cow, η παράξενη έκρηξη – η οποία είχε περίπου το ίδιο μέγεθος με το ηλιακό μας σύστημα – έγινε σύντομα γνωστή με ένα πιο αξιομνημόνευτο παρατσούκλι: «η Αγελάδα».

Παρόμοιες εκρήξεις που παραμένουν ανεξήγητες

Μετά από αυτό το εκθαμβωτικό γεγονός, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει μερικές ακόμα παρόμοιες εκρήξεις σε όλο το σύμπαν. Περιγράφονται ως φωτεινές, γρήγορες, μπλε οπτικές μεταβατικές εκρήξεις (LFBots) και όλες μοιράζονται τα ίδια χαρακτηριστικά.

«Είναι πολύ φωτεινά», λέει η Άννα Χο, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Cornell της Νέας Υόρκης, εξ ου και το L στο LFBot. Το μπλε χρώμα είναι αποτέλεσμα της εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας της έκρηξης, περίπου 40.000C (72.000F), η οποία μετατοπίζει το φως στο μπλε τμήμα του φάσματος. Τα τελευταία γράμματα στο ακρωνύμιο, Ο και Τ, αναφέρονται στο γεγονός ότι τα γεγονότα αυτά εμφανίζονται στο φάσμα του ορατού φωτός (οπτικά) και είναι βραχύβια (παροδικά), αναφέρει σε δημοσίευμά του το BBC.

Αρχικά, οι επιστήμονες σκέφτηκαν ότι τα LFBots μπορεί να είναι αποτυχημένοι υπερκαινοφανείς, αστέρια που προσπάθησαν να εκραγούν, αλλά αντ’ αυτού κατέρρευσαν, σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα στον πυρήνα τους, η οποία στη συνέχεια τα κατανάλωσε από μέσα προς τα έξω.

Ωστόσο, μια άλλη θεωρία κερδίζει έδαφος – ότι οι εκλάμψεις των Αγελάδων πυροδοτούνται όταν μια ανεξερεύνητη κατηγορία μαύρων οπών μεσαίου μεγέθους, γνωστές ως μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας, καταπίνουν τα αστέρια που απομακρύνονται πολύ κοντά τους. Μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύθηκε τον περασμένο Νοέμβριο περιέγραψε νέα στοιχεία για την ιδέα αυτή, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να είναι η προτιμώμενη εξήγηση. «Το γενικότερο αίσθημα μετατοπίζεται προς αυτή την κατεύθυνση», λέει ο Ντάνιελ Πέρλεϊ, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο John Moores του Λίβερπουλ.

Αν αυτό αποδειχθεί σωστό, θα μπορούσε να αποτελέσει ζωτική απόδειξη της ύπαρξης αυτού του ασύλληπτου τύπου μαύρης τρύπας – ένας χαμένος κρίκος μεταξύ των μικρότερων και μεγαλύτερων μαύρων τρυπών στο Σύμπαν και ένα ζωτικό στοιχείο για ένα από τα μεγαλύτερα μυστήριά του, τη σκοτεινή ύλη.

Ένας άγνωστος ουρανός

Η αρχική έκλαμψη της Αγελάδας το 2018 εντοπίστηκε από μια ρομποτική έρευνα του ουρανού που χρησιμοποιεί τηλεσκόπια από την Γη και ονομάζεται Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (Atlas). Το σύστημα αυτό κατέγραψε την έκρηξη που συνέβη σε έναν γαλαξία σε απόσταση περίπου 200 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Είναι αξιοσημείωτο ότι ήταν έως και 100 φορές πιο φωτεινή από μία συνηθισμένη σουπερνόβα, και ήρθε και έφυγε μέσα σε λίγες μόνο ημέρες. Οι κανονικοί υπερκαινοφανείς χρειάζονται εβδομάδες ή και μήνες για να διανύσουν την πορεία τους. Η έκρηξη αυτή είχε επίσης μια παράξενη, επίπεδη δομή, σύμφωνα με παρατηρήσεις ερευνητών του Πανεπιστημίου του Σέφιλντ στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Έκτοτε, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει περίπου δώδεκα παρόμοια γεγονότα. Τα περισσότερα έχουν γίνει επίσης γνωστά με παρατσούκλια με θέμα τα ζώα που βασίζονται στα γράμματα που τους αποδίδονται τυχαία από την αστρονομική έρευνα που τα ανακαλύπτει. Το ZTF18abvkwla, που παρατηρήθηκε επίσης το 2018, ονομάζεται Κοάλα. Ο ZTF20acigmel, που εντοπίστηκε το 2020, είναι γνωστός ως η Καμήλα. Το AT2022tsd, που εντοπίστηκε το 2022, είναι ο Διάβολος της Τασμανίας. Και το AT2023fhn του 2023 ονομάζεται Σπίνος ή Ελαφάκι.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο έρευνες με τηλεσκόπια για να μελετήσουν μεγάλα τμήματα του ουρανού σε μια προσπάθεια να αναζητήσουν αυτά τα γεγονότα. Όταν ένα από αυτά εκδηλωθεί, μπορούν στη συνέχεια να στείλουν μια ειδοποίηση σε άλλους αστρονόμους σε υπηρεσίες όπως το Astronomer’s Telegram, ένα είδος διαδικτυακού πίνακα μηνυμάτων για αστρονομικά γεγονότα. Τέτοιες ειδοποιήσεις έχουν ως στόχο να ωθήσουν άλλα τηλεσκόπια σε δράση, στρέφοντάς τα προς το γεγονός με την ελπίδα να το παρατηρήσουν λεπτομερώς πριν η έκρηξη εξαφανιστεί από το οπτικό πεδίο.

Τον Νοέμβριο, οι Χο και Πέρλεϊ ανακάλυψαν ένα άλλο νέο LFBot, αυτή τη φορά με την ονομασία AT2024wpp, αλλά δεν έχει ακόμη αποκτήσει παρατσούκλι. «Σκεφτόμασταν το ‘Σφήκα’», λέει η Χο. Αυτή η έκρηξη ήταν ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα επειδή ήταν το λαμπρότερο LFBot που είχε παρατηρηθεί από την εποχή της Αγελάδας, και επίσης ανακαλύφθηκε πολύ νωρίς στη φάση της λαμπρότητάς του, πράγμα που σημαίνει ότι οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να εκπαιδεύσουν πολλά τηλεσκόπια πάνω του – συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble – προκειμένου να μάθουν περισσότερα γι’ αυτό. «Είναι το καλύτερο από την ίδια την Αγελάδα», λέει ο Πέρλεϊ.

Οι πρώτες παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι η Σφήκα δεν προκλήθηκε από μία αποτυχημένη σουπερνόβα. Σε αυτό το θεωρητικό σενάριο, ένα άστρο θα κατέρρεε στον εαυτό του ενώ βρισκόταν στη διαδικασία έκρηξης. Στο εσωτερικό του κελύφους του άστρου, θα σχηματιζόταν τότε μια μαύρη τρύπα ή ένα πυκνό άστρο νετρονίων, το οποίο θα εκτόξευε πίδακες ακτινοβολίας μέσα από το κέλυφος, δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται κεντρική μηχανή. Αυτό θα εξηγούσε τη σύντομη φωτοβολίδα Αγελάδας που ήταν ορατή στη Γη, αναφέρει το BBC.

Αλλά η Σφήκα φάνηκε να μην έχει κανένα σημάδι ροής υλικού μακριά από την έκρηξη, που θα περίμεναν οι επιστήμονες από ένα τέτοιο γεγονός, λέει ο Πέρλεϊ. Ωστόσο, σημειώνει ότι τα τρέχοντα ευρήματα είναι προκαταρκτικά. «Ακόμα αναλύουμε τα δεδομένα», λέει.

Οι μαύρες τρύπες

Τον Σεπτέμβριο του 2024, ο Ζενγκ Κάο από το Ολλανδικό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας και οι συνεργάτες του εξέτασαν εκ νέου το πρώτο LFBot που εντοπίστηκε και βρήκαν επίσης στοιχεία που αμφισβητούσαν την αποτυχημένη θεωρία του υπερκαινοφανούς.

Μελετώντας τις παρατηρήσεις του συμβάντος με ακτίνες Χ, βρήκαν κάτι που φαινόταν να είναι ένας δίσκος υλικού γύρω από την έκρηξη. Αφού έφτιαξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο του δίσκου, διαπίστωσαν ότι έμοιαζε με τα απομεινάρια ενός άστρου που τρώγεται από μια μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας, μια μαύρη τρύπα που έχει περίπου 100 έως 100.000 φορές τη μάζα του Ήλιου μας. Οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν μάζα εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο.

Καθώς το αστέρι τρώγεται, θα προκαλούσε περιστασιακά την ξαφνική φωτεινότητα της μαύρης τρύπας, καθώς μεγαλύτερα κομμάτια του άστρου καταναλώνονταν, παράγοντας τις εκλάμψεις των αγελάδων που εντοπίστηκαν από τους αστρονόμους στη Γη.

«Πιστεύω ότι η μελέτη μας υποστηρίζει τη φύση των μαύρων τρυπών ενδιάμεσης μάζας του AT2018cow και παρόμοιων LFBots», λέει ο Κάο.

Μια άλλη ιδέα είναι ότι τα LFBots είναι στην πραγματικότητα μια κατηγορία γιγάντιων άστρων που ονομάζονται αστέρια Wolf-Rayet και τα οποία διαλύονται από πολύ μικρότερες μαύρες τρύπες που έχουν μόνο 10 έως 100 φορές τη μάζα του Ήλιου. Ο Μπράιαν Μέτζγκερ, θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια της Νέας Υόρκης, είναι μεταξύ εκείνων που υποστηρίζουν αυτή την ιδέα. Λέει ότι αυτά θα μπορούσαν να σχηματιστούν με παρόμοιο τρόπο με τα ζεύγη μαύρων οπών – τα οποία έχουν ανιχνευθεί από τα βαρυτικά κύματα που παράγουν – μόνο που σε αυτή την περίπτωση μόνο ένα από τα άστρα γίνεται μαύρη τρύπα.

Η θεωρία των μαύρων τρυπών ενδιάμεσης μάζας είναι όμως ίσως η πιο δελεαστική και ευνοούμενη ιδέα αυτή τη στιγμή. Αν είναι σωστή, θα σήμαινε ότι τα LFBots αποτελούν μια μοναδική ευκαιρία για να μελετήσουμε τις μυστηριώδεις μαύρες τρύπες μεσαίου μεγέθους. Ενώ οι αστρονόμοι είναι αρκετά σίγουροι ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας στο Σύμπαν, κανείς δεν έχει βρει ακόμη οριστική απόδειξη γι’ αυτές.

«Το μοντέλο της μαύρης τρύπας ενδιάμεσης μάζας είναι το πιο συναρπαστικό», λέει ο Πέρλεϊ. «Η κοινότητα εξακολουθεί να συζητάει για το αν υπάρχουν πραγματικά μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας. Οι αποδείξεις είναι αρκετά φειδωλές».

Για να μάθουμε με βεβαιότητα τι είναι οι LFBots, χρειαζόμαστε πραγματικά ένα πολύ μεγαλύτερο δείγμα από αυτές. «Δυστυχώς, είναι πραγματικά σπάνια», αναφέρει ο ίδιος. Τα δεδομένα για περίπου 100 από αυτά θα ήταν ένα ιδανικό επόμενο βήμα, προσθέτει. Ίσως φτάσουμε λίγο πιο κοντά σε αυτόν τον αριθμό το επόμενο έτος, όταν ένα ισραηλινό τροχιακό τηλεσκόπιο που ονομάζεται Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (Ultrasat) πρόκειται να εκτοξευθεί. Αναμένεται να βρει πολλά περισσότερα LFBots ανάμεσα σε άλλα κοσμικά μεταβατικά φαινόμενα, χάρη στο πολύ μεγάλο οπτικό του πεδίο των 204 τετραγωνικών μοιρών, το οποίο ισοδυναμεί με τη θέαση 1.000 πλήρων φεγγαριών.

Άλλα διαστημικά τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), θα μπορούσαν να συλλέξουν περισσότερα δεδομένα για μεμονωμένα LFBots, αρκεί να μπορούν να εκπαιδευτούν προς την κατεύθυνση μιας έκρηξης ενώ αυτή φωτίζεται. «Το JWST θα ήταν τέλειο», λέει ο Μέτζγκερ. Ωστόσο, το να βρεθεί χρόνος στο τηλεσκόπιο για να γίνουν τέτοιες παρατηρήσεις έχει αποδειχθεί δύσκολο.