Meglepetés egy törpegalaxis szívében

6534

Kis méretük ellenére – vagy inkább éppen azért – a törpegalaxisok érdekes adalékokkal szolgálhatnak a világegyetem története során végbement galaxisfejlődési folyamat részleteinek megértéséhez. A kb. hárommilliárd naptömegnél kisebb galaxisokat szokás ebbe a kategóriába sorolni. Közismert tény, hogy a nagy galaxisok közepén rendszerint hatalmas, ún. szupernagy tömegű fekete lyukak találhatók, amelyek tömege egyébként összemérhető egy teljes törpegalaxiséval. De vajon mi van a törpék közepén?

Egy törpegalaxishoz – ha egyáltalán van neki – nyilván egy kisebb központi fekete lyuk dukál. A néhány száztól néhány százezer naptömegig terjedő méretű fekete lyukakat szokás közepes tömegűeknek nevezni, hogy megkülönböztessük őket a fentebb említett óriásoktól, illetve a méretskála alsó végén elhelyezkedő csillagtömegű fekete lyukaktól. Ez utóbbiak hatalmas csillagok szupernóva-robbanásai után maradtak fenn. A legnagyobb, akár több milliárd vagy tízmilliárd naptömeget magukba sűrítő fekete lyukak keletkezése a mai napig rejtélyes. Megfigyelési adataink alapján biztosan tudjuk, hogy a korai univerzumban, az ősrobbanás után már néhány százmillió év elteltével is voltak olyan aktív galaxismagok, amelyek kisugárzott energiájukat a központi szupernagy tömegű fekete lyukaknak köszönhették. Ezek anyagot fogtak be a környezetükből, közben intenzív sugárzásra késztetve azt.

Arra egyszerűen nem lehetett elegendő idő a világegyetem ennyire korai korszakaiban, hogy a mostani galaktikus környezetünkből ismerős csillagtömegű fekete lyukak összeolvadásával vagy folyamatos hízásával jöjjenek létre az ősi feketelyuk-óriások. Még ha a legnagyobb étvággyal is kebelezték be a környező anyagot, kiindulásul akkor is meglehetősen nagy példányokra volt szükség. A világegyetem legelső, hatalmas csillagai rövid életüket sokkal nagyobb fekete lyukakként fejezték volna be? Vagy tízezernyi naptömegű anyagfelhők közvetlenül is összezuhanhattak fekete lyukká? Ezt még nem tudjuk.

A közeli – és ezért viszonylag szerény sugárzási teljesítményük ellenére is jól megfigyelhető – törpegalaxisok vizsgálata ugyanakkor segíthet a távoli világegyetem folyamatainak megfejtéséhez. Ezek ugyanis a korai idők egyfajta „zárványainak” tekinthetők. Unalmas életük volt, nem ütköztek, nem olvadtak össze más galaxisokkal, kialakulásuk óta többé-kevésbé magukban fejlődtek. Így az esetleg bennük található központi fekete lyuk is konzerválhatta ősi állapotát. Úgy is fogalmazhatunk, hogy a szupernagy tömegű fekete lyukak keletkezését magyarázó elméletnek egyúttal sikeresen meg kell magyaráznia a törpegalaxisok fekete lyukainak tulajdonságait is.

A fekete lyukakat nehéz tetten érni. Hogy mégsem lehetetlen, abban leginkább az anyagbefogásuk segít: olyankor a körülöttük korongba rendeződő, örvénylő és felforrósodó anyag árulkodik róluk, széles színképtartományban, a látható fénytől a röntgensugárzásig. Jelenleg több száz olyan törpegalaxist ismerünk a közeli világegyetemben, amelyek gyaníthatóan közepes tömegű fekete lyukakat rejtenek. Ez a teljes populációnak kevesebb mint 1%-a. Közülük is csak tucatnyi mutatja a feketelyuk-aktivitás egyértelmű jeleit.

Az aktív galaxismagok egy része rádiótartományban is jelentős sugárzást bocsát ki. Ennek forrásai a fekete lyuk környezetét két átellenes irányban elhagyó, az erős mágneses térben a fényéhez közeli sebességre felgyorsuló, elektromosan töltött részecskék nyalábjai. Se szeri, se száma az ilyen plazmanyalábokkal rendelkező szupernagy tömegű fekete lyukaknak – egyes kivételes példányaikat még a legkorábbi univerzumban is meg tudjuk figyelni –, de törpegalaxisokban igen ritkák.

Korábban csupán egy esetben sikerült a legnagyobb felbontásra képes interferométeres technikával feltérképezni egy törpegalaxis, az NGC 4395 rádiósugárzó nyalábját. Most a Jun Yang (Onsala Obszervatórium, Svédország) vezette, magyar résztvevőkkel is dolgozó kutatócsoport az SDSS J0906+5610 jelű, közepes tömegű központi fekete lyukat tartalmazó, rádiósugárzó törpegalaxis részletes vizsgálatára vállalkozott.

Az elliptikus törpegalaxis nem túl sok részletet mutató optikai képe a Sloan Digitális Égboltfelmérés adatbázisából.
(Forrás: SDSS Data Release 16)

Ehhez az Európai VLBI Hálózat (EVN) antennáit hívták segítségül. Az európai és ázsiai rádióteleszkópok összehangolt méréseivel 18 cm-es hullámhosszon olyan felbontást sikerült elérni, amilyennel a törpegalaxisban 10–15 fényévnyi kiterjedésű részleteket is meg tudtak különböztetni. A nagy felbontású EVN rádiókép alapján sikerült megállapítani, hogy a szerkezet két, az égboltra vetítve egymástól kb. 150 fényév távolságra levő komponensre bomlik. Ráadásul a két komponens együtt sem teszi ki a törpegalaxisból érkező teljes rádiósugárzást, így gyanítható, hogy halványabb, kiterjedtebb struktúra is található itt, a középpont átellenes oldalán is. (Ennek detektálásához további, még érzékenyebb méréseket terveznek.)

Az SDSS J0906+5610 EVN rádiótérképe (szintvonalak és színek). A sárga kereszt és a kör a Gaia asztrometriai űrszonda által meghatározott pontos optikai pozíciót, illetve annak bizonytalanságát jelöli. A két rádiókomponens közül a kompaktabb és fényesebb (N) helye jól egyezik a törpegalaxis középpontjának pozíciójával.
(Forrás: J. Yang és munkatársai, 2020)

Az NGC 4395-tel összehasonlítva itt a plazmanyaláb sugárzási teljesítménye öt nagyságrenddel, kiterjedése pedig legalább 160-szor nagyobb. Így nyugodtan állíthatjuk, hogy az SDSS J0906+5610 eddig egyedülálló lehetőséget nyújt a törpegalaxisokban található közepes tömegű fekete lyukak aktív életszakaszának tanulmányozására. Ahogyan a sokkal nagyobb galaxisok esetében, úgy itt is igaz, hogy a központi fekete lyuk aktivitása jelentős hatással lehet a galaxisban folyó csillagkeletkezés szabályozására. Egészen biztos, hogy ez a jelenség a korai univerzumban is lejátszódott, sőt sokkal gyakoribb volt. A közeli SDSS J0906+5610 példája alapján tehát jobban elképzelhetjük, hogy a kozmológiai régmúltban, a fekete lyukak intenzív növekedésének időszakában hogyan „élhetett együtt” egy (törpe)galaxis és egy aktív fekete lyuk. Az ilyen „kicsi” (nagyságrendileg százezer naptömegű) fekete lyuk esetén az intenzív aktivitási ciklus a galaxis életkorához képest nagyon rövid időn át maradhat fenn, ezért is találkozhatunk ennyire ritkán hasonló különleges objektumokkal.

Az eredményekről beszámoló tanulmány a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters című folyóiratban jelent meg, szövege szabadon hozzáférhető:

J. Yang et al.: A parsec-scale radio jet launched by the central intermediate-mass black hole in the dwarf galaxy SDSS J090613.77+561015.2. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Vol. 495, L71-L75 (2020)

Kapcsolódó cikk: Mi lehet az NGC 404 törpegalaxis közepén?

Hozzászólás

hozzászólás