A szupernagy tömegű fekete lyukak táplálkozási szokásairól – II. rész

5472

A témában korábban megjelent cikkünkben a galaxisok magjában található hatalmas fekete lyukak közelébe kerülő csillagok sorsáról írtunk. Ezúttal a szupernagy tömegű fekete lyukakat körülvevő anyagbefogási, vagy akkréciós korong anyagának elfogyasztásáról lesz szó. Az asztrofizikusok számítógépes modellszámítások révén arra a következtetésre jutottak, hogy a hatalmas fekete lyukak az őket körülvevő téridő gravitációs torzulásai miatt lényegesen gyorsabban fogyasztják az anyagot ezekből a korongokból, mint azt korábban gondolták, illetve ahogyan a korábbi modellek jelezték.

A kutatók szuperszámítógépes nagy felbontású háromdimenziós relativisztikus magnetohidrodinamikai szimulációkat végeztek. A fekete lyukak körüli anyagbefogási korongok modellezése rendkívül számításigényes feladat, mert hatalmas felbontásra van szükség ahhoz, hogy a teljes korongot és a korongban egészen kis skálákon végbemenő lokális folyamatokat egyszerre szimulálhassák.

A háromdimenziós relativisztikus magnetohidrodinamikai szimuláció egy pillanatfelvétele. Megfigyelhető a külső és belső korong eltérő irányultsága, valamint az átmeneti tartomány összetettsége. Forrás: Kaaz N. és mtsai (2023).

A galaxisok középpontjában található szupernagy tömegű fekete lyukak a korábban beléjük hullott anyag miatt jellemzően nagyon gyorsan forognak. Ugyanakkor forgástengelyük irányultsága jelentősen eltérhet az akkréciós korongnak a jelenleg rájuk hulló anyag perdülete által meghatározott forgási irányától. A fekete lyuk közelében a relativisztikus hatások, a téridő torzulásai a tengelyferdeség miatt igen bonyolult módon hatnak kölcsön az anyagbefogási koronggal. A fekete lyuk a gyors forgás révén magával sodorja az őt körülvevő téridőt, ami a korong síkjával szöget bezárva jelentősen megbolygatja a korongon át beáramló anyagot.

Emiatt a korong két részre tagozódik. A külső korong fősíkját a távolból behulló anyag perdülete határozza meg, ám belül a gigantikus forgó fekete lyuk hatása dominál, a fekete lyuk közelébe jutó anyag áramlását már a centrum forgása irányítja. Az ott kialakuló belső anyagbefogási korong sokkal inkább a fekete lyuk egyenlítőjének síkja mentén áramlik. Könnyen elképzelhetjük, hogy az átmenet e két, egyenként is összetett, turbulens mozgásokat végző képződmény között meglehetősen kaotikus.

A belső anyagbefogási korong és a rá a képkivágáson kívülről hulló anyagnyalábok a szimuláció egy fázisában. Ezek a nagy szélességi szögből érkező nyalábok jelentősen apasztják a belső korong perdületét, amit így jóval gyorsabban képes elfogyasztani a központi fekete lyuk (ami viszonylag kicsi és fekete, így az ábrán nem látható).Forrás: Kaaz N. és mtsai (2023).

Ebben a káoszban pedig rengeteg impulzusmomentum elvész, ami meggyorsítja az anyagnak a belső korongból a fekete lyukba való behullását. Az akkréciós korongok klasszikus, nemrelativisztikus elméletéből meglehetősen lassú fejlődési ütem következik. Ezzel szemben a csillagászok már évtizedekkel ezelőtt is megfigyelték, hogy egyes kvazárok fényessége – ami túlnyomórészt az anyagbefogási korong legbelső tartományaiból származik, – hónapos, éves időskálákon is jelentős változásokat szenved.

A friss, nagyobb felbontású és relativisztikus modellek értelmében valóban lehetségesnek tűnik, hogy ennyi idő alatt a fekete lyuk szinte teljesen bekebelezze a belső korongot, majd a relativisztikus perturbációk révén pótolja is annak anyagát a külső korongból, ami megmagyarázza a kvazároknál megfigyelt gyors fényességváltozásokat. A numerikus modellek szerint ezek a fogyasztás–pótlás–fogyasztás ciklusok a korábban számított, évszázadok alatt lezajló eseményekkel szemben megdöbbentően rövid, hónapos időskálák alatt is végbemehetnek.

Ez az új kutatási eredmény és a program folytatása a kvazárok viselkedésében korábban tapasztalt komoly rejtély megfejtése mellett a szupernagy tömegű fekete lyukak általános tulajdonságaiba is mélyebb bepillantást enged.

Forrás: Northwestern University

Hozzászólás

hozzászólás