Árral szemben a fekete lyukba: hogyan keletkeztek az ősi gigászok?

5027

A csillagászok az NGC 1068 katalógusjelű galaxis szupernagy tömegű központi fekete lyukát vizsgálták az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) [1] mikrohullámú rádiótávcső-rendszerrel, amikor váratlan felfedezést tettek. Az eredményeik megmagyarázhatják, hogyan jöhettek létre a korai világegyetem első hatalmas tömegű fekete lyukai a rendelkezésre álló rövid idő alatt.

„Az ALMA rendkívüli felbontásának köszönhetően meg tudtuk mérni a fekete lyuk közvetlen közelében keringő gázok áramlási sebességét” – magyarázza a kutatócsoport vezetője, Violette Impellizzeri, a National Radio Astronomy Observatory (NRAO) munkatársa. – „Méréseink meglepő eredménye pedig az volt, hogy a gázanyag két, egymással ellentétes irányba forgó korongot alkot.”

Fantáziarajz az NGC 1068 jelű galaxis központi fekete lyuka körüli két, egymásba ágyazott, ellentétes irányba forgó anyagbefogási korongról a műszeres mérések alapján. A vörös és kék színek a vörös- és kékeltolódásnak megfelelően szemléltetik a mérések eredményeit. A korongok ellentétes oldalai azonos színárnyalatúak, ami az ellentétes forgásirány biztos jele. Forrás: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Szupernagy tömegű fekete lyukak már a fiatal világegyetemben, mindössze egymilliárd évvel az ősrobbanás után is léteztek. De hogyan volt idejük összegyűjteniük az anyagukat ezeknek a Napnál akár egymilliárdszor nagyobb tömegű égitesteknek annyira rövid idő leforgása alatt? Ez a kérdés régóta foglalkoztatja az asztrofizikusokat. Az ALMA új felfedezése közelebb vihet bennünket a megfejtéshez. „Az ellentétes irányú gázáramok instabilak, ami miatt a gázcsomók jóval hamarabb behullhatnak a fekete lyukba annál, mintha minden anyag egyetlen, állandó irányba forgó korongban áramolna körülötte” – világít rá Impellizzeri. – „Ez a fekete lyukak gyors növekedésének egy lehetséges módja.”

A Messier 77 néven is ismert NGC 1068 jelű spirálgalaxis tőlünk mintegy 47 millió fényév távolságra található a Cet csillagkép irányában. A galaxis magja aktív, az aktivitást pedig a központban megbújó szupernagy tömegű fekete lyuk anyagbefogási korongon keresztül történő intenzív tömeggyarapodása okozza. A csillagászok korábbi ALMA megfigyelések révén már kimutatták, hogy ez a fekete lyuk nem csak elnyeli az anyagot, de annak egy részét hatalmas, akár a másodpercenként 500 km-t is elérő sebességgel ki is lövelli a környezetéből. Valószínűleg ez a kirepített gázanyag is hozzájárul ahhoz, hogy a galaxis fekete lyuk körüli központi régiója az optikai hullámhossztartományban rejtve marad a távcsöveink tekintete elől.

Az ALMA által érzékelt mikrohullámú tartományban azonban jól megfigyelhető a képződmény. Impellizzeri és munkatársai az ALMA távcsőrendszerének rendkívül erős nagyítását kihasználva vizsgálták a molekuláris gáz mozgását a központi régióban, és ott két, ellentétes irányba forgó korongra bukkantak. A kisebbik középponttól mért kiterjedése 2–4 fényév, és azonos irányba forog a galaxis egészével. Ugyanakkor a nagyobbik, a fekete lyuktól 4–22 fényév távolságban húzódó fánk alakú komponens forgásiránya ellentétes a galaxiséval.

Az ALMA mérései magyarázó nyilakkal és a Doppler-mérésekből számított hullámhossz-eltolásnak megfelelő színezéssel. A kék részek felénk mozognak, míg a vörösek távolodnak tőlünk a középponthoz képest. A fehérrel jelölt anyagkúpok a kidobott gázanyagot reprezentálják, ami optikai tartományban eltakarja előlünk a képződményt. Forrás: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

„Ez váratlan fejlemény volt, mert a fekete lyuk felé áramló anyag rendszerint azonos irányba mozog” – fűzi hozzá Impellizzeri. – „Valaminek meg kellett zavarnia a gáz keringését, mert magától nem tud egy korong egy része fordított irányba forogni.”

Az általános áramlási iránnyal szembeni forgás jelensége nem ismeretlen a csillagászok előtt. „Láttunk már ilyet galaxisokban, de jellemzően több ezer fényévre a középpontjuktól” – hívja fel a figyelmünket Jack Gallimore, a kutatócsoport egyik tagja, a pennsylvaniai Lewisburgban működő Bucknell Egyetem munkatársa. – „Az ilyen ellentétes forgásirányt mindig galaxisok ütközése vagy kölcsönhatása okozza. A mi eredményünk azért érdekes, mert ugyanezt sokkal kisebb léptéken, több ezer helyett a központi fekete lyuk néhány fényéves környezetében figyeltük meg.”

A csillagászok elképzelései szerint az NGC 1068 nagy léptékű forgásával ellentétes irányú gázáramát a gazdagalaxisból kirepülő gázfelhők, vagy egy kisebb, a forgás irányához képest szemből érkezett, a korongba befogott kölcsönható galaxis hozhatta létre. A külső korong most még stabilnak tűnik. „Ez azonban megváltozik majd, amikor annak anyaga néhány keringést követően, vagyis néhány százezer év múlva elkezd ráhullani a belső korongra. A keringő gázfelhők összeütköznek, pályájuk instabillá válik, a korongok pedig valószínűleg erős felfénylés közepette összeomlanak, miközben egyszerre rengeteg anyag hullik majd a fekete lyukba. Mi már nem fogjuk látni ezt a rendkívüli tűzijátékot” – sajnálkozik Gallimore.

Megjegyzés

[1] Az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) az európai ESO, az Amerikai Egyesült Államokbeli U.S. National Science Foundation (NSF) és a japán National Institutes of Natural Sciences (NINS) együttműködésében, a Chilei Köztársasággal közösen valósult meg. Az ALMA működését a tagállamai részéről az ESO, az NSF együttműködésben a kanadai National Research Council of Canada-val (NRC), a taiwani National Science Council of Taiwan (NSC) és a NINS együttműködésben a taiwani Academia Sinica-val (AS) és a Korea Astronomy and Space Science Institute-tal (KASI) finanszírozza. Az ALMA építését és működtetési feladatait a tagállamai részéről az ESO, Észak-Amerika részéről az Associated Universities, Inc. (AUI) által fenntartott National Radio Astronomy Observatory (NRAO), valamint Kelet-Ázsia részéről a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) látja el. A Joint ALMA Observatory (JAO) irányítja az ALMA építését, az üzembehelyezését és működtetését.

Forrás: NRAO

Hozzászólás

hozzászólás