2016.09.02. - Hatmillió éves buborék árulkodik a Tejútrendszer hiányzó anyagáról

Egy új kutatás szerint a Tejútrendszer mainál jóval aktívabb magja által 6 millió évvel ezelőtt felfújt, ma már 20 ezer fényév méretű buborék 130 milliárd naptömegnyi, a Galaxist átható és övező rendkívül forró gázban terjed.

A Tejútrendszer centruma manapság viszonylag csendes, az ott található szupernagy tömegű fekete lyuk alkalmanként szippant csak be némi hidrogént. Nem volt azonban ez mindig így. Egy új kutatás szerint nagyjából 6 millió évvel ezelőtt, amikor bolygónkon az ember legkorábbi őseinek tartott homininek éppen csak megjelentek, a Galaxis központja nagyon is aktív volt. A "kvazár" fázisra utaló bizonyítékra a Tejútrendszer hiányzó tömege utáni kutatás során bukkantak.

A megfigyelések szerint a Tejútrendszer tömege 1-2 billió naptömeg, amelynek körülbelül 5/6 része a láthatatlan és így egyelőre rejtélyes sötét anyag. A maradék 1/6 rész, 150-300 milliárd naptömeg az ún. közönséges, protonokból, elektronokból és neutronokból felépülő (barionos) anyag, amely nem csak gravitációs hatása révén, de elektromágneses sugárzás formájában is hírt ad magáról. Ha azonban leltárba vesszük az összes, ilyen módon megfigyelhető, csillagokban, valamint gáz és por formájában megjelenő anyagot, akkor csak körülbelül 65 milliárd naptömegnyit találunk. A különbözetet nevezzük hiányzó tömegnek.

A Fabrizio Nicastro (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA és Italian National Institute of Astrophysics, INAF) által vezetett kutatócsoport arra volt kíváncsi, vajon hol lehet ez a hiányzó tömeg. Ezért átvizsgálták az ESA XMM-Newton röntgenteleszkópjának archív adatait, és arra a következtetésre jutottak, hogy az a Tejútrendszert átható és övező forró, millió fokos gáz formájában megvan, jelenlétéről pedig az árulkodik, hogy elnyeli a távoli röntgenforrások sugárzását. A kutatók az abszorpció mértékéből meghatározták az ahhoz szükséges közönséges anyag mennyiségét és eloszlását. Számítógépes modellek segítségével kimutatták, hogy a megfigyelt elnyelési mintázatot nem okozhatja homogén, egyenletes eloszlású gáz. A sűrűség radiális lefutása inkább arra utal, hogy van benne egy buborék, amelynek mérete körülbelül kétharmada a Nap Tejútrendszer centrumától mért távolságának. A buborékban vagy nincs forró gáz, vagy annak sűrűsége a centrumtól 6 kiloparszek távolságig növekszik, és onnan simul bele a haló tipikus sűrűségprofiljába.

A buborék felfújásához óriási mennyiségű energia kellett, ami Nicastro és munkatársai feltevése szerint csak a Galaxis centrumát uraló fekete lyuktól származhatott: miközben a behemót gázt elnyelve "falatozott", nagyjából 1000 km/s sebességgel kifelé is pumpált anyagot. Hatmillió évvel később az aktív fázis által létrehozott lökéshullám 20 ezer fényév távolságra jutott a centrumtól, miközben a fekete lyuk kifogyott az üzemanyag-utánpótlásból és hibernált állapotba került.

Fantáziarajz a Tejútrendszer 6 millió évvel ezelőtti aktív, "kvazár" fázisáról. A narancssárga színnel jelzett vékony, lökéshullám által fújt buborék felszíne ma már nagyjából 20 ezer fényévre húzódik a centrumtól. A megfigyelések és a számítógépes modellek szerint a buborékon kívül, 60-200 kiloparszek távolságig millió fokos gáz van, amelynek teljes mennyisége 130 milliárd naptömegnyi is lehet, és így magyarázatot adhat a Tejútrendszer hiányzó tömegére.
[Mark A. Garlick/CfA]

A forgatókönyv helyességét az is megerősíti, hogy a galaktikus centrum közelében vannak körülbelül 6 millió éves csillagok, amelyek a fekete lyuk felé áramló anyag egy részéből keletkezhettek a lökéshullám hatására. Martin Elvis (CfA) szerint az aktív fázis 4-8 millió évig tarthatott, ami elfogadható érték egy kvazár esetében. A megfigyelési adatok és a számítógépes modellek szerint a forró gáz teljes mennyisége akár 130 milliárd naptömeg is lehet, azaz magyarázatot kaphatunk arra, hol rejtőzködik a hiányzó közönséges anyag: egyszerűen túlságosan forró ahhoz, hogy könnyen észrevegyük.

További válaszokat kaphatunk majd a következő generációs röntgenmisszióktól. Ilyen például az X-ray Surveyor, amely halványabb források észlelésével képes lesz pontosabban feltérképezni a forró anyag eloszlását, és a finomabb részletek detektálásával további információt szolgáltathat a hiányzó tömegről. A jelenlegi tervek szerint 2028-ban felbocsátandó ESA Athena X-ray Observatory műszertől is ugyanezt várják a kutatók.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.08.29.