A szupermasszív fekete lyuk, amely fogta magát és lelépett

A szupermasszív fekete lyuk, amely fogta magát és lelépett

Régóta ismert tény, hogy galaxisunk, a Tejútrendszer közepén egy szupermasszív, a Napunknál négy milliószor nagyobb tömegű fekete lyuk található. Ez még csak nem is számít kirívónak, úgy tűnik legalábbis minden óriásgalaxis rendelkezik egy gigászi monstrummal a centrumában. Olyanra viszont, amilyet most találtak, még nem volt példa: a fekete lyuk valami úton módon elvándorolt a helyéről.

agn.pngMűvészi elképzelés egy fekete lyukról és a körülötte lévő akkréciós korongról. Habár a fekete lyukból nem láthatunk semmit, a körülötte lévő gáz- és poranyagra gyakorolt hatása igen látványos tud lenni.

A fekete lyuk – definíció szerint – a téridő olyan tartománya, ahonnan az erős gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud elszökni. A gravitációs potenciált a tömeg kelti, a távolsággal fordított arányban csökken, így következik, hogy ezekben az esetekben nagy tömegnek kell relatíve kis térben összesűrűsödnie. A fekete lyuk létezését teát nem pusztán a tömege, hanem a kompaktsága határozza meg. A nagy tömegű csillagok, amelyek életüket szupernóvarobbanásokként fejezik be, tipikusan 5-30 naptömegű (ez mostantól a tömegmértékegységünk) fekete lyukat hagynak maguk után, amelyek mindössze néhány tízkilométeresek. Léteznek azonban ettől jóval masszívabb fekete lyukak is, a milliós (vagy milliárdos) naptömegekről már nem is beszélve. Ez utóbbiak eredete még messzemenőleg nem tisztázott. Habár a fekete lyukak összeolvadhatnak, amikor közel kerülnek egymáshoz, az ilyen jellegű tömegszerzés lassú folyamat és Ősrobbanás óta eltelt idő közel sem lenne elég egy szupermasszív fekete lyuk (SMBH) kialakulásához.

sgra.pngA Tejútrendszer központi régiója és a Sgr A* a röntgen tartományban. (Forrás: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.)

Az egyik ilyen SMBH éppen itt ücsörög a mi galaxisunk közepén, mint pók a hálójában, tőlünk mindössze 25.000 fényévnyire. Az elméleti jóslatok után 1974-ben találták meg az első közvetett bizonyítékot a létezésére (másfélét nem is lehet…), amikor erős, kompakt rádióforrást azonosítottak a Nyilas csillagkép, épp galaxisunk kiszélesedő, központi régiójában, az ún. bulge-ban (magyarul központi dudor, a spirálgalaxisunk kiszélesedő része). A szinkrotron sugárzás nagy sűrűségű anyagra utalt, ami a fekete lyuk közvetlen környezetében lévő, illetve abba belehulló forró gázból származhatott. A Sgr A*-ra keresztelt objektum mibenlétére a csak a kétezres években találtak mindent eldöntő bizonyítékot. Hét éven keresztül figyelték meg rádiótartományban a Sgr A* körül keringő sűrű csillagpopulációjának mozgását. A csillagok pályaadataiból pedig számítható volt a központi objektum paraméterei: nagyjából négymillió naptömeg, 12 millió km-es sugarú (ez a Napnak 17-szerese) tartományon belül. Ez nem lehet más, csak egy fekete lyuk.

galactic_centre_orbits_svg.pngA Tejútrendszer centrumában lévő fekete lyuk körül keringő csillagok pályái; összehasonlításul a Naprendszer külső régiójában található Sedna kisbolygó pályája (jobb alsó sarok). (Forrás: Wikipedia/szócikk: Sgr A*)

És ez csak a jéghegy csúcsa, az elfogadott tudományos kép szerint minden nagyobbacska galaxis rendelkezik egy-egy ilyen SMBH-val. A közeliek esetében (Androméda-köd, M32 stb.) a galaxisok csillag- és gázanyagának sebességét tudjuk mérni, amely a centrumhoz közeledve a távolsággal fordítottan arányos növekedést mutat, tehát valószínűsíthető ott egy nagy tömegű központi objektum (vajon mi is lehetne?). A távolabbi galaxisoknál mindez már kimérhetetlen egyedig objektumokra, viszont a teljes galaxis sebességdiszperziója (a sebességértékek eloszlása) még meghatározható pl. spektrumvonalak kiszélesedéséből. Ez pedig, mint a Lokális Halmaz közeli galaxisai megmutatták a számunkra, remekül korrelál a központi fekete lyuk tömegével.

Más a helyzet az ún. aktív galaxismagokkal (active galactic nuclei, röviden AGN), amelyek extrém módon fényesek az elektromágneses spektrum bizonyos vagy akár teljes tartományában. Bár típusuktól és a rálátási szögtől függően az AGN-ek igen változatosak lehetnek, közös pontjuk, hogy a központi, SMBH által keltett nagyenergiájú folyamatokat (pl. jet-szerű kilövellés, akkréciós korong sugárzása stb.) figyelhetjük meg, akár több milliárd fényéves távolságokból. Fényesség tekintetében közülük is kiemelkednek a kvazárok (quasi-stellar object), azaz a csillagszerű AGN-ek, amelyek luminozitása nagyságrendileg 1040 W, nagyságrendileg úgy a Tejútrendszerünk teljes fénykibocsátásának ezerszerese.

black_hole_spin.jpgMűvészi elképzelés egy aktív galaxismagról: a fekete lyuk körüli akkréciós korong anyaga ráhull a fekete lyukra, egy része viszont nem ér el odáig, hanem jet-ként kilövődik.

A fenti eszmefuttatásokból egyszerűen összeollózható, hogy a szupermasszív fekete lyukak a galaxisok centrumában találhatóak, az AGN-ek forrásai ezek az óriási fekete lyukak, a kvazár pedig egy AGN; így, ha látunk egy kvazárt, annak illene galaxisa közepén trónolnia. Ezen bejegyzés címszereplője, a 3C186 jelű galaxis kvazárját azonban ez láthatóan hidegen hagyja.

3c186.pngA 3C186 katalógusjelű galaxis (szaggatott vonallal övezve) és a benne látványosan világító, csillagszerű kvazár. Jól láthatóan nem ott van, ahol lennie kellene. (Forrás: NASA, ESA, and M. Chiaberge)

A fenti kvazár, amelyet a Hubble űrtávcső felvételén azonosították és tőlünk nyolc milliárd fényévnyire található, jól láthatóan eltolódott a galaxisa centrumához képest. Habár korábban is azonosítani véltek ehhez hasonló, a szaknyelvben is ’rogue’-nak  (renegát, zsivány…, nem irigylem a legutóbbi Star Wars film hazai forgalmazóját) hívott fekete lyukakat, de ennyire egyértelmű esettel még nem volt dolgunk. A 3C186-t a földfelszíni- és űrtávcsöves megfigyelések útján a röntgentől egészen az infravörösig minden tartományban vizsgálták, meghatározva ezzel az AGN fényességét, energiaeloszlását, valamint a színképét. Az adatokból meghatározhatóvá vált a nem-is-annyira-központi fekete lyuk tömege (1 milliárd naptömeg, de most nem is ez a lényeg), valamint, hogy már 35.000 fényévre jár a centrumtól és még most is 7,6 millió km/h-s sebességgel távolodik tőle. Nagyjából 20 millió év múlva a kvazár teljesen elhagyja a 3C186-t és az intergalatikus térben indul hosszú utazásra.

Természetesen adódik a kérdés, miféle erőhatás lőtte ki a helyéről ezt a roppant tömeget? (Aki szereti a NatGeo-s dokumentumfilmek szemléltetésmódját, annak elárulom, hogy a számítások szerint 100 millió szupernóvarobbanás együttes energiája kellene ehhez. Na most már világos, ugye?)

A magyarázat egészen meglepő és frappáns, a kulcs pedig a gravitációs hullámok. Amikor két galaxis összeolvad (ez elég ’’gyakori’’, a Tejútrendszer is rohan az Androméda-galaxis karjaiba), nem csak a gáz- és csillag anyaguk alkot együttesen egy új, nagyobb galaxist, hanem a központi fekte lyukak is összeolvadnak némi egymásba-spirálozódás után. Ezen ’’násztánc’’ közben gravitációs hullámokat keltenek, legerősebben közvetlenül az összeolvadás pillanatában (az utóbbi másfél évben detektált két gravitációs hullám éppen ilyen összeolvad eredményeként jött létre). Ha azonban a két fekete lyuk jelentősen különbözik tömegük vagy forgásuk tekintetében, akkor jelentős aszimmetria léphet fel és a frissen keltett gravitációs hullámok az egyik irányban sokkal erősebbek lesznek. Ez azt eredményezi, hogy az összeolvadás pillanatában a frissen keletkezett szupermasszív fekete lyuk kapásból egy jókora lökést kap a gravitációs hullámoktól és óriási sebességre tesz szert.

gw.pngMűvészi elképzelés a gravitációs hullámokról. A két kompakt, nagy tömegű test egymásba spirálozódik, miközben a téridőt befolyásoló hullámokat keltenek.

Az izgalmas felfedezés tehát adott, van rá egy még lenyűgözőbb magyarázat, de természetesen a munka még nem ért véget. A kutatók a következő közben az Atacama Larga Millimeter Array-t állítják rá a szökésben lévő kvazárra és galaxisára, hogy minél több megfigyelési bizonyítékkal támaszthassák alá elméletüket.

 

Facebook Comments Box