Μια παράξενη κοσμική ιστορία γύρω από το Gaia BH2

Οι αστρονόμοι έχουν συνηθίσει να διαβάζουν το φως των άστρων σαν βιβλίο. Η θερμοκρασία, η χημική τους σύσταση, η ηλικία και η πορεία της εξέλιξής τους γράφονται σε φασματικές γραμμές που απλώνονται σαν υπογραφές. Όμως ένα άστρο που συνοδεύει το σύστημα Gaia BH2, ένα δυαδικό σύστημα με μια μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε το 2023, αποδεικνύεται ένα βιβλίο που δεν διαβάζεται με τους κανόνες διότι λέει δύο εντελώς διαφορετικές ιστορίες ταυτόχρονα.

Από τη μία πλευρά, το άστρο εμφανίζει εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις των λεγόμενων alpha elements, βαρέων χημικών στοιχείων που σχηματίστηκαν στα πρώτα στάδια του Σύμπαντος. Αυτό το χημικό αποτύπωμα είναι κλασικό για άστρα περίπου δέκα δισεκατομμυρίων ετών, γεννημένα όταν ο Γαλαξίας ήταν ακόμη νεαρός. Κι όμως, η ηλικία του – όταν μετρήθηκε με απόλυτη ακρίβεια – αποδείχθηκε περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια. Για τους αστρονόμους, αυτή η αντίθεση μοιάζει σαν να βρίσκεις ένα νεόδμητο σπίτι γεμάτο αντικείμενα από τον Μεσαίωνα.

Το παράδοξο διαπιστώθηκε χάρη στη μέθοδο της αστροσεισμολογίας, μιας τεχνικής που λειτουργεί για τα άστρα όπως η σεισμολογία για τη Γη. Οι παραμικρές κυματώσεις στη φωτεινότητά τους, τα λεγόμενα starquakes, επιτρέπουν την ανασύσταση του εσωτερικού τους. Με τη βοήθεια του δορυφόρου TESS της NASA, η ομάδα του Daniel Hey από το University of Hawaii μέτρησε αυτές τις ταλαντώσεις με τέτοια ακρίβεια ώστε να αποκαλύψει την πραγματική ηλικία του άστρου. Τα αποτελέσματα ήταν ξεκάθαρα: είναι πολύ νεότερο από όσο θα έπρεπε με βάση τη χημεία του.

Αλλά το μυστήριο δεν σταματά εκεί. Μέτρηση της περιστροφής του άστρου με επίγειες παρατηρήσεις έδειξε ότι ολοκληρώνει μια πλήρη περιστροφή σε μόλις 398 ημέρες. Για έναν τυπικό ερυθρό γίγαντα της ηλικίας του, αυτή η ταχύτητα είναι υπερβολικά μεγάλη. Τα άστρα επιβραδύνουν όσο γερνούν, χάνουν σιγά σιγά στροφορμή και καταλήγουν με αργή περιστροφή. Στο συγκεκριμένο όμως σύστημα, κάτι έχει δώσει μια ενεργητική ώθηση.

Η επικρατέστερη εξήγηση δείχνει όχι σε μια ήρεμη εξέλιξη αλλά σε ένα βίαιο παρελθόν. Το άστρο είτε συγχωνεύτηκε με ένα άλλο άστρο είτε απορρόφησε τεράστιες ποσότητες υλικού μετά τη δημιουργία της μαύρης τρύπας που έχει σήμερα ως συνοδό. Και στις δύο περιπτώσεις, η διαδικασία θα μπορούσε να του προσδώσει πρόσθετη μάζα αλλά και επιπλέον στροφορμή. Με άλλα λόγια, το άστρο είναι πιθανόν το θύμα μιας παλιάς κοσμικής καταστροφής που άφησε πίσω της ενδείξεις στον χημικό και στον μηχανικό του χαρακτήρα.

Το Gaia BH2 ανήκει στη νέα κατηγορία των αδρανών συστημάτων μαύρων οπών, δηλαδή συστήματα όπου η μαύρη τρύπα δεν τρέφεται ενεργά από το άστρο και άρα δεν εκπέμπει έντονη ακτινοβολία X. Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι σχεδόν αόρατες και έγιναν αντιληπτές κυρίως χάρη στα ακριβή δεδομένα της αποστολής Gaia του ESA, που χαρτογραφεί τις λεπτές κινήσεις των άστρων στον Γαλαξία. Η ελαφριά ταλάντωση του συνοδευτικού άστρου προδίδει την παρουσία ενός αόρατου αλλά εξαιρετικά πυκνού αντικειμένου: της μαύρης τρύπας.

Το παράξενο, ωστόσο, δεν τελειώνει στο Gaia BH2. Η ίδια ομάδα εξέτασε και το Gaia BH3, άλλο ένα παρόμοιο σύστημα, όπου οι θεωρίες προέβλεπαν ισχυρές ταλαντώσεις. Αντί γι’ αυτό, οι παρατηρήσεις έδειξαν… τίποτα. Η απουσία ταλαντώσεων υποδηλώνει πως τα μοντέλα για τα άστρα με εξαιρετικά χαμηλά μεταλλικά στοιχεία ίσως χρειάζονται σοβαρή αναθεώρηση. Με άλλα λόγια, αυτή η κατηγορία άστρων φαίνεται να μην συμπεριφέρεται όπως περιμένουν οι θεωρητικοί.

Το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας είναι ιδιαίτερα έντονο, καθώς οι επόμενες παρατηρήσεις από τον δορυφόρο TESS υπόσχονται χρονικά μεγαλύτερα και πιο λεπτομερή σύνολα δεδομένων. Αυτό θα επιτρέψει αφενός την επιβεβαίωση της θεωρίας της συγχώνευσης στο Gaia BH2 και, αφετέρου, την αναζήτηση άλλων παρόμοιων παράξενων συστημάτων.