Nagytömegű fekete lyukak – szülőcsillagok nélkül

645

Jelenlegi ismereteink szerint csaknem minden galaxis középpontjában hatalmas, több millió, esetleg több százmillió naptömegnyi fekete lyuk található. Felfedezésük óta nem tisztázott, hogyan alakulhattak ki ezek a furcsa égitestek, mindazonáltal a nagyon távoli kvazárok megfigyelése arra mutat, hogy már a korai Univerzumban is jelen voltak. Ezek rendkívül intenzív energiakibocsátását a szupermasszív fekete lyukakba behulló anyag szolgáltatja, amint gravitációs helyzeti energiája átalakul hőenergiává a fekete lyuk nagyon erős gravitációs terében.

A központi fekete lyukak kialakulásának egyik lehetséges módja, hogy nagy tömegű csillagok rövid életükön végighaladva szupernóvaként felrobbannak, majd magjuk fekete lyukká válik, amely a környező anyag befogásával növekedik. Az Univerzum születése után a hőmérséklet gyorsan csökkent, így viszonylag korán kialakulhattak az első csillagok. Ezek az első generációs égitestek tisztán hidrogénből és héliumból álltak, mivel előttük még nem éltek csillagok, amelyek fúziós reakciókban és szupernóva-robbanásokban legyárthatták volna a nehezebb kémiai elemeket. A kiszámított maximális növekedési ütemet figyelembe véve a probléma ezzel az elképzeléssel az, hogy a kezdetben létrejött fekete lyukaknak folyamatosan, egészen az Univerzum hajnala óta az elképzelhető legnagyobb ütemben kellett volna növekedniük, ezzel szemben a galaxisok aktív és inaktív periódusokon mennek keresztül életük során, így tehát a központi fekete lyuk nem képes állandóan anyagot befogadni.

Fantáziakép egy fekete lyukról és környezetéről (Forrás: Universe Today)

Mitchell C. Begelman (University of Colorado) által frissen közzétett elmélet szerint létezhet egy másik magyarázat is, amelyben a fekete lyukak közvetlenül, csillagok születése nélkül létrejöhettek, amennyiben elegendően nagy mennyiségben áll rendelkezésre anyag. Egy átlagos csillag esetében viszonylag lassan gyűlik össze az a tömeg, amely később a csillag magját alkotja. Megfelelően nagy tömeg elérésekor a csillag begyullad, így a termelődő sugárzás kifelé ható nyomást fejt ki, megakadályozva az anyag további behullását. Begelman professzor számításai szerint legalább évi néhány tized naptömegnyi gázanyag bejutása esetén a mag által termelt sugárzás nyomása nem képes leállítani a további anyagbezuhanást, és a folyamatban nem „igazi” csillag keletkezik, hanem csak egy roppant sűrű, hidrogénből álló objektum, amely a tömeg fokozatos növekedésével egy idő után fekete lyukká omlik össze.

Kérdés azonban, hogy valóban hullhat-e befelé anyag az ehhez szükséges ütemben. Amennyiben ez lehetséges, minden bizonnyal valamiféle külső hatás játszik közre, ami befelé irányuló nyomást fejt ki. Ilyen lehet például egy megfelelően nagy kiterjedésű, sötét anyagból álló környezet gravitációs hatása. Amint néhány naptömegnyi anyag összegyűlik a középpontban, elkezd összehúzódni gravitációs vonzása miatt. Nukleáris fúzió is beindul egy igen rövid időre, körülbelül a 100 naptömegnyi határnál, de ezen a fázison az objektum gyorsan túlhalad, majd további növekedése során több ezer naptömegre hízik. Eközben hőmérséklete több százmillió fokra kúszik fel, de ezután a gravitáció hirtelen fölénybe kerül: a mag összeomlik, és egy 10-20 naptömegnyi anyagot képviselő fekete lyuk keletkezik, amely a későbbiekben a környező anyag befogásával tovább növekszik. A számítások szerint ekkortól fogva képes a lehető legnagyobb sebességgel növelni tömegét, amely folyamat végén már több millió naptömegnyi szupermasszív fekete lyukká válik. Amikor a befelé hulló anyag mennyisége egy bizonyos határt elér, az objektum kvazárként – Begelman elnevezése szerint „kvázicsillagként” – kezd el fényleni.

Bár az objektumok igen rövid ideig, alig százezer évig élnek kvázicsillagokként, a remények szerint a közeljövő nagy műszereivel, például a James Webb űrtávcsővel észlelhetőek lesznek.

Forrás: Universe Today, 2007. szeptember 7. 

Hozzászólás

hozzászólás