2015.01.09. - Szörnyek keringője egy távoli galaxis magjában

Amerikai csillagászoknak egy aktív galaxismag periodikus fényességváltozása alapján sikerült azonosítaniuk egy közvetlenül az összeolvadás előtt álló, szupernagy tömegű fekete lyuk párost.

Jelen ismereteink szerint a galaxisok központjaiban gigantikus, több millió (vagy akár több milliárd) naptömeggel rendelkező fekete lyukak találhatóak, amelyek valószínűsíthetően alapvető szerepet játszanak a csillagvárosok kialakulásában és fejlődésében. Szintén ismert, hogy a galaxisfejlődés egyik fontos lépcsőfoka a galaxisok egymással való ütközése. Ezen, jellemzően évmilliókig, vagy akár 1-2 évmilliárdig tartó folyamatok során a galaxisok fokozatosan egymásba olvadnak, központi fekete lyukaik pedig folyamatosan közelednek egymáshoz. Végül – legalábbis az elméletek szerint – a két gigászi fekete lyuk egy hatalmas, akár több millió szupernóva-robbanással egyenértékű energiakibocsátással járó folyamat során egyesül, és a kialakuló, új galaxis közepében ezt követően egy, a korábbiaknál is nagyobb tömegű fekete lyuk fog elhelyezkedni.

Ez az elmélet tetszetős, és sok kérdésre választ is ad a galaxisok fejlődésével kapcsolatban, azonban megfigyelésekkel egyelőre nincs megfelelően alátámasztva. Bár számos olyan galaxispárost (sőt, több esetben ezek központi fekete lyukait) sikerült már detektálni, amelyeknél a galaxisok már valamilyen szintű kölcsönhatásban vannak egymással, de az összeolvadási folyamat végéről és a szupernagy tömegű fekete lyukak feltételezett egyesüléséről még nem állnak rendelkezésre konkrét megfigyelési információk.

Úgy tűnik, most sikerült megtenni egy lépést ebbe az irányba. Egy, az amerikai California Institute of Technology (Caltech) csillagászai által vezetett kutatócsoport ugyanis egy, az eddig találtaknál jóval szorosabb, szupernagy tömegű fekete lyuk kettős felfedezését jelentette be. Míg a korábban detektált fekete lyuk párosok tagjai jellemzően több száz, vagy több ezer fényévre vannak egymástól, addig a most azonosított kettős komponensei az eredmények szerint legfeljebb néhány század fényévnyi (a Föld-Nap távolság néhány ezerszerese) távolságban keringhetnek egymás körül, és összeolvadásuk várhatóan néhány százezer éven belül megtörténhet. Bár ez emberi léptékkel mérve még mindig felfoghatatlanul hosszú idő, a galaxisok fejlődésének időskáláján az utolsó pillanatokon belülinek számít.

A mostani felfedezés alapvetően a Catalina Real-Time Transient Survey (CRTS) nevű, amerikai és ausztrál távcsövek bevonásával működő égboltfelmérésnek köszönhető. A projekt adatbázisa jelenleg mintegy 500 millió, fényváltozást mutató égi objektumról tartalmaz fényességadatokat, akár több évre visszamenőleg. Ezek között mintegy 250 ezer aktív galaxismag is található, ezen galaxisok központi tartományaiban a fekete lyuk "aktív", azaz nagy mennyiségű gázanyag örvénylik körülötte, amelynek sugárzása révén a központi fekete lyuk közvetett módon detektálható.

Az aktív galaxismagok általában szabálytalan fényváltozást mutatnak, ami a környező (ún. akkréciós) gázkorongból a fekete lyukba való, rendszertelen időközönként bekövetkező anyagbehullás következménye. A Caltech kutatóinak vezetésével működő csoport azonban nagyjából 20 objektum esetében periodikus fényességváltozást vélt kimutatni. A legegyértelműbb esetnek a PG 1302-102 jelű aktív galaxismag tűnt, amelyről sikerült két évtizedre visszamenően további adatokat is összegyűjteni, és ez alapján egy tisztán kivehető, kb. öt év periódusú fényességváltozást azonosítani.

Fantáziakép a PG 1302-102 jelű aktív galaxismagban azonosított fekete lyuk kettősről, a felfedezéshez vezető periodikus fényességváltozásra montázsolva.
[Santiago Lombeyda/Caltech Center for Data-Driven Discovery]

Az eredmények alapján a kimutatott fényességváltozás legkézenfekvőbb (és gyakorlatilag az egyetlen, jelenlegi tudásunk alapján elképzelhető) oka egy másik, szupernagy tömegű fekete lyuk jelenléte. Ezt később spektroszkópiai vizsgálatok segítségével is sikerült megerősíteni. Hogy pontosan milyen fizikai folyamat okozza a periodikus fényességváltozást, az egyelőre még kérdéses. Elképzelhető, hogy a két szupernagy tömegű fekete lyuk egymás körüli keringése modulálja az aktív galaxismagbeli fekete lyuk akkréciós korongjára merőleges anyagkiáramlás (jet) sugárzását, vagy az, hogy a keringési moduláció a korongról az aktív fekete lyukba történő anyagbehullás periodikusságában jelentkezik. Felmerült ugyanakkor az az ötlet is, hogy a két fekete lyukat immár egy közös akkréciós korong veszi körül, amelynek a bonyolult gravitációs mező miatti torzult alakja periodikusan csökkentheti az aktív galaxismag észlelhető fényességét (mint egyfajta árnyékoló hatás).

A PG 1302-102 jelű objektummal kapcsolatban vannak tehát még nyitott kérdések, az azonban bizonyosnak látszik, hogy a kérdéses rendszer és a hasonló fényváltozásokat mutató aktív galaxismagok vizsgálata közelebb viheti a kutatókat az összeolvadó galaxisok és szupernagy tömegű fekete lyukak fejlődésének kellő alaposságú megértéséhez.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2015. január 7-i számában jelent meg.

Forrás:

• Caltech News 2015.01.07.