2016.04.08. - Rekordközeli szupernagy tömegű fekete lyuk a 'szomszédban'

A jelenlegi rekordernél alig kisebb, körülbelül 17 milliárd naptömegű fekete lyukat azonosítottak tőlünk mintegy 200 millió fényévre, az NGC 1660 katalógusjelű galaxis centrumában.

A legnagyobb, 10 milliárd naptömeget elérő szupernehéz fekete lyukakat eddig olyan nagy galaxisokban azonosították, amelyek hozzájuk hasonló méretű galaxisok által dominált tartományokban találhatók. A jelenlegi csúcstartót még 2011-ben fedezték fel a University of California, Berkeley kutatói Chung-Pei Ma vezetésével a Coma galaxishalmazban, becsült ekvivalens tömege 21 milliárd naptömeg, ezzel egyúttal Guiness-rekorder is. A UC Berkeley csoportja által most azonosított fekete lyuk az égbolt átellenes területén, az Eridanus csillagképben megfigyelhető NGC 1600 katalógusjelű galaxis magját uralja, 17 milliárd naptömegnyi méretével pedig alig marad el a rekordertől.

A felfedezés érdekességét az objektum tömegén kívül az adja, hogy gazdagalaxisa a Coma halmazzal összehasonlítva sokkal kevésbé zsúfolt régióban helyezkedik el. A hasonlat szerint nem csodálkozunk azon, ha egy óriáscég központja Manhattan egyik felhőkarcolójában működik, egy montanai kisváros főterének földszintes épületei között azonban valószínűleg nem számítunk száz méter magas toronyházra, benne egy sok ezer embert foglalkoztató cég főhadiszállásával. Ma magyarázata szerint a Coma halmazhoz hasonló gazdag galaxiscsoportosulások nagyon ritkák, de még ritkábbak az átlagos méretű galaxishalmazokban található, NGC 1600-hoz hasonló nagyságú galaxisok. A kérdés tehát az, hogy vajon kirívó esetről van-e szó, vagy csak a jéghegy csúcsát látjuk, azaz esetleg sokkal több hatalmas fekete lyuk van kisebb galaxiscsoportosulások tagjaiban, mint eddig gondoltuk. A 2011-ben az NGC 4889 magjában felfedezett fekete lyuk esetében a 21 milliárd naptömeg felső határ, a tartomány azonban nagyon széles, a legkisebb lehetséges érték "csak" 3 milliárd naptömeg. Az NGC 1600 esetében a tömeg sokkal pontosabb, a szórás mindössze 1,5 milliárd naptömeg.

További érdekesség, hogy az NGC 1600 centruma körül úgy mozognak a csillagok, mintha a fekete lyuk kettős lenne. A nagy galaxisok központjaiban várható is a kettős fekete lyukak jelenléte, hiszen az elképzelések szerint ezek a galaxisok összeolvadással növekednek, és a "kapcsolatba" mindkét fél hozza a saját központi szupernagy tömegű fekete lyukát, amelyek vélhetően az új és nagyobb galaxis centrumába merülnek, ahol rövidebb-hosszabb gravitációs tánc után végül szintén összeolvadnak, miközben gravitációs hullámokat bocsátanak ki. Ezek detektálására tervezik például az eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) rendszert.

(a) Az NGC 1600 galaxiscsoportjának központi, 500 kpc x 500 kpc méretű része. A két kísérőgalaxis, az NGC 1601 és 1603 körülbelül nyolcszor halványabbak, mint az NGC 1600. (b) A Coma galaxishalmaz szintén 500 kpc x 500 kpc méretű belső része, amely több mint ezer ismert galaxist tartalmaz, legalább tízszer nagyobb tömegű és ezerszer nagyobb röntgenluminozitású, mint az NGC 1600 uralta csoport. Az NGC 4889 csillagtömeg kétszerese az NGC 1600-énak és a közel hasonló fényességű, NGC 4874 jelű szomszédjáénak.
[Second Palomar Observatory Sky Survey]

A korai univerzumban, amikor a rendelkezésre álló gáz mennyisége még jóval nagyobb volt, rengeteg falánk fekete lyuk tudott hatalmasra nőni a gáz elnyelésével, miközben az eltűnő anyag hihetetlen mennyiségű energiát sugárzott ki. Ezeket az ősi fekete lyukakat ma nagyon távoli és nagyon fényes kvazárokként figyelhetjük meg, míg a közeli galaxisokban, ahol kevés a gáz, mivel abból csillagok keletkeztek, már nem kvazárként mutatkoznak. A legnagyobbak centrumában azonban csendben még megbújhatnak. Ma szerint a 2011-ben az NGC 4889 és az NGC 3842 galaxisokban felfedezett feketelyuk-szörnyek is ilyen csendes kvazárok lehetnek, de az öreg, csillagkeletkezésre utaló jelet szinte egyáltalán nem mutató NGC 1600 fekete lyuka is valaha szebb napokat látott, ma már azonban csak takarékon "pislákoló" kvazár lehet, az első, amelyet nem zsúfolt galaxishalmazban találtak.

Az NGC 1600 centrumát uraló szupernagy tömegű fekete lyukat a Ma által vezetett MASSIVE projekt keretében fedezték fel. A National Science Foundation (NSF) támogatásával 2014-ben indított felmérés célja, hogy a 350 millió fényévnél közelebbi száz legnagyobb galaxisban meghatározza a csillagok, a sötét anyag és a központi fekete lyukak tömegét, illetve azonosítsa az egykor óriási fényességű, ma már azonban csak szunnyadó kvazárokat. A Hubble-űrtávcsővel, a Gemini teleszkóppal és a texasi McDonald Obszervatórium távcsöveivel végzett szisztematikus keresés első eredménye az NGC 1600 17 milliárd naptömegű csendes szörnyetege.

A Gemini-színképek alapján a fekete lyuk által uralt tartományon belül - ez az NGC 1600 centruma körüli 3000 fényév sugarú gömb - a legtöbb csillag körpályán mozog a fekete lyuk körül, néhány azonban sugárirányban befelé vagy kifelé tart, pontosan úgy, mintha egy kettős fekete lyuk gravitációs lendítő hatását éreznék. Az eseményhorizont sugara ezen tartományénál jóval kisebb, a Pluto pályaméretének nyolcszorosa. Mivel a kiröppenő csillagok energiát visznek el a párostól, a két fekete lyuk egyre közelebb kering egymáshoz, végül pedig össze fognak olvadni. Ha valóban ez a helyzet és a kettős össztömege 17 milliárd naptömeg, a komponensek távolsága pedig a fényév töredéke, akkor Ma szerint a PTA (Pulsar Timing Array) rendszereknek jó esélyük van a kibocsátott gravitációs hullámok érzékelésére.

Az NGC 1600 példája alapján a centrumukban kettős fekete lyukat tartalmazó galaxisok legjellemzőbb tulajdonsága az, hogy a központi, csillagokban szegény régiójuk mérete megegyezik a fekete lyukak párosa által gravitációsan dominált terület méretével. A Hubble-űrtávcső felvételei azt mutatják, hogy az NGC 1600 centruma szokatlanul halvány, azaz a fekete lyuk közelében szinte alig van csillag. A MASSIVE felmérés során ez a jellemző segíthet, hogy Ma és kollégái gyorsabban megtalálják a szupernagy tömegű fekete lyukakat a Föld "szomszédságában".

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.04.06.
• Nature, 2016; DOI: 10.1038/nature17197