A színpompás felvételeket szemlélve az lehet a benyomásunk, hogy a galaxisok az Univerzum nyugodt és érinthetetlen csillagszigetei. Hiába azonban az elképesztő tömegük és a végtelennek tűnő távolságok, milliárd éves időskálán előbb-utóbb jönni fog egy hasonló kaliberű galaxis, hogy kezdetét vegye az összeolvadás hosszú káosza. Ugyanez igaz a galaxisok közepén található szupermasszív fekete lyukakra, amelyek szintén párt találnak az összeolvadás során – vagy éppenséggel párokat, ha egy harmadik galaxis is becsatlakozik a történésekbe. Ezekből a különleges triókból mindössze maréknyit ismerünk, a közelmúlt kutatásai azonban két új felfedezéssel is megörvedeztettek bennünket. Köztük az eddig felfedezett legszorosabb fekete lyuk kettőssel, amelyek ütközése már csak idő kérdése – bár azt még nem igazán értjük, ez miként is működik.
A alábbiakban is szóba kerülő NGC 6240 összeolvadás közben lévő galaxis a Spitzer és a Hubble űrtávcsövek felvételeiből összeállított képen. (Forrás: NASA / ESA / JPL-Caltech / S. Bush et al)
Régóta ismertek összeolvadás alatt álló galaxisok, amelyek főként szabálytalan alakjukkal tűnnek ki a tömegből. Amikor két, egymással összemérhető tömegű elliptikus- vagy spirálgalaxis kerül egymás közelébe, a kölcsönös árapály erők szétcincálják a gáz- és csillagstruktúrákat, amelyeket addig többé-kevésbé szabályos formában tartott a centrális gravitációs potenciál. Az eredmény: évmilliókig tartó káosz, kavarodás, összeolvadás, majd egy óriás elliptikus galaxis létrejötte, amely lassan elkezdi begyűjteni a talákozás során kiszórt anyagot. A hosszú lefolyás miatt egyetlen összeolvadást sem tudunk folyamtában vizsgálni. Szerencsére azonban látunk rengeteg galaxist az interakció különböző fázisaiban, így a kellően nagy számú mintának köszönhetően az összeolvadásokat is kiválóan lehet tanulmányozni. Néhány milliárd év múlva egyébként saját galaxisunk, a Tejútrendszer is ütközni fog az Androméda-galaxissal, ennek pedig egy egészen lenyűgöző éjszakai égbolt lesz majd a végeredménye – már ha lesz akkor bárki is, aki megfigyelné.
A Tejútrendszer és az Androméda-galaxis ütközésének szimulációja.
Habár a két kinduló populáció túl ritkás ahhoz, hogy a csillagok jelentős számban ütközzenek egymással, a “tűzijáték” nem marad el teljesen. Az összekeveredő por- és gázanyagban fellépő sűrűsödések ugyanis beindítják a csillagkeletkezést, utóbbi eredményeként pedig nagy tömegű és fényes csillagok új populáció születik meg, még bőven az összeolvadás év(száz)millió alatt. Ennek köszönhető, hogy ezen szabálytalan formájú galaxisokban a porfelhők sötét sávjain kívül a kék árnyalat a domináns – ez a legnagyobb tömegű csillagok színe. A színek és formák valószerűtlen összejátékai miatt az összeolvadó galaxisok kedvelt célpontjai az asztrofotóknak is, legyenek azok amatőr-, profi- vagy Hubble-szintű felvételek.
Az NGC 2623 még az ütközés elején jár a Hubble felvételén. (Forrás: NASA / ESA/ Hubble / M. Pugh)
De mi a helyzet mindeközben az egészen más ligában játszó szupermasszív fekete lyukakkal (supermassive black hole, innentől SMBH)? Ezek az elképesztő tömegű objektumok alapesetben úgy ücsörögnek a nagyobb galaxisok közepén, mint pók a hálójában; ez alól pedig a Tejútrendszer sem kivétel, még ha a SgrA* névvel illetett fekete lyuk kispályásnak is számít 4 milliónyi naptömegével. Habár az SMBH-k a méretük, de még a gravitációs hatósugaruk szempontjából is eltörpülnek a galaxisokhoz képest, a több millió vagy éppen milliárd naptömegű objektumok szinte önálló életet élnek az összeolvadás alatt. A többesszám használata indokolt, hiszen az összeolvadásban résztvevő mindkét galaxis hozhatja magával saját SMBH-ját a közösbe. Ezek aztán az évek százmilliói alatt lassan közelednek (közben jó pár keringést végeznek az újonnan kialakuló közös tömegközéppont körül), majd egymásba spirálozódva összeolvadnak. A megszülető óriás elliptikus galaxisnak így már egyetlen óriás-szupermasszív (bajos ezt már fokozni) fekete lyuka lesz.
Az Interstellar című filmben komolyan vették, miként nézhet ki egy fekete lyuk közvetlen környezete. Egy SMBH is hasonló… csak jóval nagyobb.
Hacsak, nem szól közbe egy harmadik játékos. Mivel az összeolvadás folyamata kozmikus értelemben is rendkívül sokáig tart, előfordulhat hogy még nem is talált egymásra a két SMBH, amikor a formálódó elliptikus csillagmonstrum már egy újabb galaxissal ütközik, amely szintén hozza magával saját SMHB-ját. Az ilyen rendszerrekből mindössze néhányat ismerünk, és többségükben az egyes fekete lyukak igen csak távol, egymástól több ezer fényévre találhatóak. A közelmúltban azonban rögtön két érdekes esetre is sikerült rábukkani.
A J0849+1114 hármas AGN-rendszer összeolvadás közben lévő galaxis-környezete az SDSS optikai és a Chandra űrtávcső röntgen felvételein. (Forrás: SDSS/NASA)
Elsőként idén augusztusban egy amerikai kutatócsoport publikálta, miként vizsgáltak az elérhető legnagyobb hullámhossztartományon (a röntgentől a rádióig) közel harminc összeolvadó galaxist. Az egyik esetben szemre is jól kivehető, hogy három galaxis vesz részt a táncban, azonban az infravörös mérések révén most sikerült először kimutatni, hogy mindegyik egy-egy masszív fekete lyukkal is rendelkezik. Sőt, a Chandra és a NuStar űrtávcsövek mindhárom centrumból erős röntgensugárzást észleltek, ami az akítv galaxismagok (active galactic nucleus, AGN) sajátja.
Az AGN is egy óriási fekete lyuk, pontosabban annak környezete: a fekete lyuk nem látható, de az akkréciós korong és a jet igen.
Ezek az AGN fekete lyukak nem csak óriásiak, de falánkak is; útjuk során nagy mennyiségű gázt nyelnek el, tovább növelve ezzel tömegüket. A fekete lyuk maga ugyan nem látszik, azonban a felé sodródó anyag alkotta akkréciós korong, illetve a mágneses tér révén révén kijutó részecskék alkotta jet a megfelelő hullámhosszakon vizsgálva valódi kozmikus fáklyákként világítanak. A frissen publikált rendszer (amit azóta magyarok is tanulmányoztak) az első, amelyben három, ütközési pályán lévő AGN-t is meg tudtak figyelni; igaz, erre az ütközésre nem a közeljövőben fog sor kerülni. A trióból a két közelebbi SMBH is több, mint tízezer fényévre van jelenleg egymástól – beletelik ez már pár százmillió évbe.
A Hubble űrtávcső UV-méréseinek kontúrjain (középen) is megfigyelhető a három egykori galaxos centruma.
Sokkal közelebb tart a nagy fináléhoz a másik friss felfedezés. A nagyjából 340 millió fényévre található NGC 6240 egy tipikus képviselője azoknak a szabálytalan alakú óriásgalaxisoknak, ahol még nem ért véget az összeolvadás. A Chandra röntgentávcső mérései révén eddig is ismert volt benne található két, egymástól 3000 fényévre található AGN (400, illetve 700 millió naptömeggel), ezúttal azonban a kutatók ráeresztették a Very Large Telescope egyik csúcsműszerét, a MUSE-t (Multi Unit Spectroscopic Explorer). A detektor nem csak képet alkot, hanem a látómező minden egyes pontjáról spektrumot is készít, a (főként hidrogén keltette) spektrumvonalak eltolódásából pedig a galaxis egyes részeinek mozgása is megállapítható. Nem utolsó sorban, az adaptív optikával megtámogatott műszer brutális felbontással (konyhanyelven: nagyítással) is bír, ami lehetővé tette az NGC 6240 déli részén található fekete lyuk alaposabb tanulmányozását – és feltárta, hogy valójában két SMBH található egymáshoz igen-igen közel!
Az MUSE mérései révén (nagyított részlet) az NGC 6240 olyan mélységeibe is beláthatunk, amelyekre hagyományos optikai felvételekkel egyébként nem. (Forrás: P. Weilbacher / NASA / ESA / Hubble Heritage / A. Evans / NRAO)
A ‘közel’ persze még mindig 650 fényévet jelent, azonban így is ez az eddig felfedezett legszorosabb szupermasszív fekete lyuk kettős. A végső összeolvadásuk spedig százmilliók helyett már csak néhány millió évre van, addig ugyanis még jó néhány kört futnak egymás (vagyis a közös tömegközéppontjuk) közül. Akkor érkeznénk el a legizgalmasabb fejezethez, amit a szakirodalom a “final parsec problem” néven emleget (1 parsec = 3,24 fényév), vagyis, hogy mi történik az utolsó métereken fényéveken. A kölcsönös tömegvonzásuk ugyanis olyan sebességre és pályára állítja a fekete lyukakat, amelyeknél az ütközés jelen (igencsak szegényes) ismereteink szerint nem történhetne meg – a tapasztalat azonban azt mutatja, hogy mégiscsak bekövetkezik az összeolvadás, sőt, már szép számmal észleltek is az összeolvadások során produkált gravitációs hullámokat.
Pedig az animáción szinte egyszerűnek tűnik.
Habár az Univerzum jelenlegi állapotában valószínűsíthetően ritkák a hasonló hármas rendszerek, most mégis sikerült két új rendszert azonosítani. Jó idők járnak tehát az galaxisok kölcsönhatásait kutató csillagászokra, adott minden, ami egy jó kutatási területhez kell: a tanulmányozható objektumok növekvő száma, a fejlődő megfigyelési technikák, közeli és távoli rejtélyek, valamint (nem utolsó sorban) baromira látványos felvételek. Mindez pedig csak még jobb lesz az Extreme Large Telescope és a James Webb Space Telescope korszakában, amikor a részleteiben vizsgálható galaxisok száma jelentősen megnő az időben visszafelé tekintve – amikor még a galaxis-ütközések is jóval gyakoribbak voltak.
Az Antenna Galaxisokban teljes pompájukban. (Forrás: NASA / ESA / Hubble)
Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat – tudományról és science fiction-ről egyaránt.