Υπέρφωτη κίνηση V > C

 

Η μελέτη  της κίνησης ουρανίων σωμάτων δημιουργεί πολλά “παράδοξα” που έχουν να κάνουν αφενός με το ότι σαν παρατηρητές δεν είμαστε ακίνητοι ως προς τα άστρα που θεωρούμε ακίνητα και αφετέρου ότι υπάρχει γύρω μας το βλέπουμε να προβάλλεται στον ουρανό(πρόβλημα προβολής όπως το σημερινό). Μία λάμπα της ΔΕΗ σε ένα λοφίσκο σε συνθήκες απόλυτου σκότους προβάλλεται στον ουρανό όπως ένα πολύ μακρινό αστέρι. Κλασική περίπτωση προβλήματος προβολής είναι η παρατήρηση κίνησης διπλού αστρικού συστήματος. Η τροχιά του ενός γύρω απο τον άλλον που καταγράφουμε δεν είναι η πραγματική αλλά η προβολή της σε επίπεδο κάθετο στην ευθεία παρατήρησης. 

Το “παράδοξο” της υπέρφωτης κίνησης  παρατηρείται στους πίδακες  ενεργών γαλαξιακών πυρήνων(AGN) που περιλαμβάνουν τα πιό εξωτικά αντικείμενα του σύμπαντος μετά το εσωτερικό των μελανών οπών(ραδιογαλαξίες, γαλαξίες Seyfert, Quasar, Blazar). Ας κάνουμε μια εισαγωγή πρώτα κυρίως για τα λαμπρότερα απο αυτά, τα Quasar. Αν κάτι έχει προκαλέσει πονοκεφάλους στους αστρονόμους, αυτό είναι τα Quasar. Αρχής γενομένης τη δεκαετία του ΄50 και μέχρι σήμερα τα αντικείμενα αυτά διαρκώς μας εκπλήσσουν. Τη δεκαετία του ΄50 οι αστρονόμοι λάμβαναν σημαντικές ποσότητες Η/Μ ακτινοβολίας σε όλα τα μήκη κύματος χωρίς να υπάρχει μια πηγή που να δικαιολογεί κάτι τέτοιο. Στις αρχές της δεκαετίας του ’60 δυο τέτοια αντικείμενα που ταυτοποιήθηκαν στα ραδιοκύματα συνδέθηκαν με αμυδρή πηγή στο οπτικό. Τότε έγιναν και τα βαφτίσια καθώς οι τότε αστρονόμοι ομόμασαν τα αντικείμενα αυτά QUASi-stAR (μοιάζουν με αστέρια, κάτι σαν αστέρια) και συντομογραφία QUASAR που έμεινε. Το ένα απο αυτά 3C-273 είναι το μόνο Quasar που μπορούμε να δούμε με καλό ερασιτεχνικό τηλεσκόπιο στον αστερισμό της Παρθένου.

Η συνέχεια ήταν συναρπαστική καθώς η μία έκπληξη διαδεχόταν την άλλη και η μία ερμηνεία την επόμενη. Ακόμα και για ιδιαίτερο είδος αντιύλης μίλησαν, για λευκές τρύπες, για νέα φυσική και ότι μπορεί να φανταστεί ο καθένας. Τα μεγάλα ζητήματα ήταν δύο. Πρώτο οι άγνωστες γραμμές εκπομπής στο φάσμα τους, οι οποίες αργότερα αποδόθηκαν σε πολύ μεγάλη ερυθρή μετατόπιση γραμμών υδρογόνου που δεν δικαιολογείται όμως απο αστρική κίνηση καθώς θα απαιτούσε ασύλληπτες ταχύτητες άστρου 50.000 km/s . ΄Το δεύτερο μεγάλο ζήτημα ήταν τα τεράστια ποσά ενέργειας που έφταναν στη γη απο μία πολύ μικρή περιοχή του ουρανού. Η πρόταση ότι τα αντικείμενα αυτά μπορεί να συνδέονται με μαύρη τρύπα απορρίφτηκε καθώς ούτε οι μαύρες τρύπες ήταν καθολικά αποδεκτές τις δεκαετίες του ΄60 και ’70. Το τοπίο αρχησε να ξεκαθαρίζει απο τη δεκαετία του ’80 με την εδραίωση της πίστης ότι υπάρχουν μαύρες τρύπες και μετά με τα πρώτα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ και αργότερα το Hubble.

Σήμερα λοιπόν γνωρίζουμε ότι τα QUASAR συνδέονται με υπερ-υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μάζας απο εκατοντάδες εκατομμύρια έως δεκάδες δισεκατομμύρια μάζες ήλιου(ενδεικτικά η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του γαλαξία μας έχει μάζα 4 εκατομμύρια μάζες ήλιου περίπου). Οι μαύρες τρύπες βρίσκονται στα κέντρα γαλαξιών και είναι γνωστοί σαν ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες(AGN).  Η ύλη πριν περάσει τον ορίζοντα γεγονότων στροβιλίζεται στον δίσκο προσαύξησης της μαύρης τρύπας με σχετικιστικές ταχύτητες, ώστε λόγω τριβής να αναπτύσσονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες και Η/Μ ακτινοβολία σε όλα τα μήκη κύματος. Η ύλη πρίν διαβεί τον ορίζοντα γεγονότων μετατρέπεται σε Η/Μ ακτινοβολία με απόδοση απο 10-30% όταν στον πυρήνα του ήλιου μας είναι μόλις 0,7%. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την εκπομπή Η/Μ ακτινοβολίας, από την μικρή περιοχή του ενεργού γαλαξιακού πυρήνα, τόσης όση 1000 γαλαξίες σαν τον δικό μας.

Όσον αφορά τη μεγάλη ερυθρή μετατόπιση(μέχρι και z=8), προφανώς δεν οφείλεται σε αστρική κίνηση αλλά έχει κοσμολογική προέλευση, δηλαδή οφείλεται στη διαστολή του σύμπαντος. Αυτό βέβαια σημαίνει ότι η ταχύτητα του γαλαξία που έχει AGN πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός και το AGN έχει σχηματιστεί τα πρώτα εκατομμύρια χρόνια μετά την big bang. Ενδεικτικά το 2021 ανακαλύφτηκε το Quasar J0313-1806 με μάζα 1,6 δις μάζες ήλιου και ερυθρή μετατόπιση z = 7,64 που σημαίνει ότι σχηματίστηκε μόλις 670 εκατομμύρια χρόνια μετά την big bang. To Quasar έχει φαινόμενη λαμπρότητα όση ο ήλιος μας που σημαίνει ότι στην απόσταση των 10 pc = 32,6 ε.φ θα έλαμπε όσο ο ήλιος!!! Εδώ είναι και το άλυτο ακόμα πρόβλημα του πως σχηματίστηκαν ύπερ-υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε τόσα λίγα χρόνια. Η επιστημονική κοινότητα περιμένει πολλά στον τομέα αυτό απο το James Web. Γενικά πάντως υπολείπονται πολλά ακόμα να μάθουμε για τα Quasar.

Εκτός απο τα Quasar στην κατηγορία των AGN ανήκουν οι γαλαξίες Seyfert , ραδιογαλαξίες και blazer. Ο μηχανισμός τους είναι ίδιος και η κατάταξή τους σε μια κατηγορία έχει να κάνει με τον προσανατολισμό του δίσκου επαύξησης ως προς γήινο παρατηρητή. Στο παραπάνω σχήμα φαίνεται πως πρέπει να βλέπουμε τον δίσκο προσαύξησης για να χαρακτηρίσουμε έναν AGN ραδιογαλαξία, Quasar ή Blazar. Στο ίδιο σχήμα βλέπουμε τη μαύρη τρύπα με τον δίσκο επαύξησης , τα σύνεφα αερίου και σκόνης του γαλαξία που τους φιλοξενεί (τα οποία απορροφούν σημαντικό τμήμα της εκπεμπόμενης Η/Μ ακτινοβολίας) ,τους πίδακες και τους ραδιολοβούς. Οι πίδακες (jet) είναι ύλη που εκτείνεται στο διάστημα απο το κέντρο της μαύρης τρύπας(δεν είναι όμως ύλη της μαύρης τρύπας αλλά μέρος της ύλης που πέφτει μέσα σε αυτήν) κάθετα στο δίσκο επαύξησης. Η ύλη(πλάσμα) κινείται με σχετικιστικές ταχύτητες κατά μήκος πανίσχυρου σπειροειδούς μαγνητικού πεδίου και αλληλεπιδρώντας με το διαστρικό μέσο σχηματίζει δυο τεράστια λοφία(ραδιολοβοί γιατί εκπέμπουν στα ραδιοκύματα). Ένα AGN μπορεί να έχει έναν , δύο ή κανέναν πίδακα. Οι πίδακες δεν διέρχονται απο σύνεφα αερίου και σκόνης με αποτέλεσμα να εκπέμπουν ισχυρά σε όλα τα μήκη κύματος κυρίως στις ακτίνες Χ , γ και ραδιοκύματα.

Η φωτογραφία είναι απο το Hubble.

Πρόκειται για το πρώτο Quasar που καταγράφηκε 3C-273 και το πιό νέο ηλικίας 2,4 δις ετών. Προσέξτε την λαμπρότητά του παρά το γεγονός ότι βρίσκεται πολύ πολύ πιο μακρυά απο τα υπόλοιπα αντικείμενα που βλέπουμε στο πλάνο.

Πάντως όλα όσα αναφέραμε παραπάνω είναι οι επικρατέστερες αντιλήψεις για τους AGN. Υπάρχει πολύς δρόμος ακόμα για να κατανοήσουμε πλήρως τον σχηματισμό τους, τη μεγάλη ενέργεια που εκπέμπουν και κυρίως τους πίδακες.  

Ακολουθεί μία εύκολη προσέγγιση της υπέρφωτης κίνησης που παρατηρείται στούς πίδακες των AGN και κυρίως αυτών που οι πίδακες σχηματίζουν μικρή γωνία με την ευθεία παρατήρησης(Quasar, Blazar).

ΥΠΕΡΦΩΤΗ