2008.04.01. - A jelenleg ismert legkisebb fekete lyuk

A NASA kutatóinak sikerült azonosítani a legkisebb, csillagmag összeomlása közben keletkezett fekete lyukat. Az objektum tömege nagyon közel van az elméletek által jósolt alsó határhoz.

A NASA Goddard Space Flight Center kutatóközpontja két munkatársának, Nikolai Shaposhnikovnak és Lev Titarchuknak sikerült azonosítania a legkisebb olyan fekete lyukat, ami egy nagytömegű csillag magjának összeomlása során keletkezett. Az objektum átmérője mindössze 24 km, tömege a Napénak 3,8-szerese, amivel nagyon megközelíti az elméletileg lehetséges alsó határt.

Fantáziarajz az XTE J1650-500 kettős rendszerről, melynek egyik komponense a kicsi, mindössze 3,8 naptömegű fekete lyuk, ami folyamatosan anyagot szív el a rendszer másik, normál komponenséről.
[NASA/CXC/A. Hobar]

A új rekorder az XTE J1650-500 katalógusjelű, a déli égbolton az Ara csillagképben megfigyelhető kettős rendszer tagja, melyet a NASA RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) röntgenholdja fedezett fel még 2001-ben. Már ekkor világos volt a kutatók előtt, hogy a kettős egyik komponense egy viszonylag kicsi fekete lyuk, de tömegére csak hozzávetőleges becslések voltak.

Fantáziarajz a fekete lyukba beáramló anyag alkotta korongról. A korongra merőleges nézetben a fényes foltok jelzik az erős röntgensugárzást kibocsátó, az anyag feltorlódása miatt kialakult csomókat.
[NASA]

Shaposhnikov és Titarchuk egy általuk kifejlesztett módszert használtak a fekete lyuk tömegének meghatározására. Az eljárás lényege az, hogy ha a fekete lyukba a kísérőről átspirálozó anyag beáramlási üteme elér egy bizonyos szintet, akkor ez az anyag a fekete lyuk közelében csomókban feltorlódik, ennek következtében pedig nagyon erős röntgensugárzást bocsát ki. Ennek intenzitása azonban kváziperiodikusan változik, amit a jelenség angol nyelvű elnevezése is jelez: QPO (quasi-periodic oscillation).

Azt már régóta sejtették, hogy a QPO frekvenciája a fekete lyuk tömegétől függ. 1998-ban Titarchuk észrevette, hogy a kisebb tömegű fekete lyukak esetében az anyagfeltorlódási zóna közelebb van a fekete lyukhoz, s így a QPO frekvencia is nagyobb. Ahogyan nő a lyuk tömege, a zóna egyre távolabb vándorol tőle, az oszcilláció frekvenciája pedig csökken. Shaposnikhov és Titarchuk az RXTE archív adatai alapján ezzel a módszerrel legalább 15 fekete lyuk tömegét határozták meg igen jó pontossággal. Tavaly az eljárást három olyan fekete lyukra is sikerrel alkalmazták, melyek tömege más módszerek eredményeként már ismert volt, illetve egy új cikkükben további hétre is kiterjesztették, mindegyik esetben jó egyezést kapva.

Az eljárást az XTE J1650-500 fekete lyuk komponensére alkalmazva a 3,8 naptömegnyi értéket kapták, melynek a hibája mindössze 0,5 naptömeg. Ezzel a kis tömeggel az XTE J1650-500 maga mögé utasította a korábbi rekordert, a GRO 1655-40 katalógusjelűt, melynek tömege a Napénak 6,3-szerese.

A NASA Rossi X-ray Timing Explorer műholdja a felbocsátás előtt. A röntgenobszervatórium nagy időfelbontású észlelései tették lehetővé a kicsiny fekete lyukak tömegének nagypontosságú meghatározását.
[NASA]

Egy bizonyos tömeghatár alatt az összeomló csillag magjából az elméletek szerint nem fekete lyuk, hanem neutroncsillag alakul ki. Ezt a határt jelenleg valahová 1,7 és 2,7 naptömeg közé teszik az ezzel foglalkozó kutatók. A limit ennél pontosabb ismerete nagyon fontos lenne az elméleti szakemberek számára az anyag extrém nagy sűrűségek melletti viselkedésének leírása szempontjából.

Shaposhnikov és Titarchuk a felfedezést az Amerikai Csillagászati Társaság (AAS) Los Angeles-ben tartott ülésén ismertették március 31-én.

Forrás:

• NASA News Release No. 08-28