Szupermasszív fekete lyukak ütközési pályán

8700

Egy távoli galaxis közepén két, egymás körül keringő szupernagy tömegű fekete lyukat fedezett fel egy csillagász kutatócsoport. Az égitestek egyenként legalább 800 milliószor nagyobb tömegűek a Napnál. A két égitest keringése során fokozatosan egyre közelebb spirálozik egymáshoz. Egy idő múltán a téridő szövetét felkorbácsolva mind erősebb gravitációs hullámokat fognak kelteni. A két behemót végül a gravitációs hullámok által elszállított energiaveszteség miatt valószínűleg egy még hatalmasabb tömegű fekete lyukká egyesül majd. Az ilyen események az általunk eddig detektált néhány naptömegű fekete lyukak és neutroncsillagok által keltettnél sokkalta erősebb, azonban sokkal kisebb frekvenciájú gravitációs hullámokat keltenek. Jelenlegi eszközeinkkel még nem tudtuk kimutatni ezeket a rezgéseket. A csillagászok számításai szerint a téridő szerkezetében ezek a folyamatok egyfajta gravitációshullám-háttérzajt kelthetnek, amit reményeik szerint az újabb generációs gravitációshullám-detektorok már képesek lesznek megfigyelni.

„A szupernagy tömegű kettős fekete lyukak a világegyetem leghangosabb gravitációshullám-forrásai” – érzékelteti Chiara Mingarelli, a kettős rendszer társfelfedezője, a New York-i Flatiron Intézet kutatója. – „Ezek milliószor hangosabbak a LIGO által eddig megfigyelteknél.”

A tőlünk 2,5 milliárd fényév távolságra lévő, szupernagy tömegű kettős fekete lyukat rejtő galaxis. A fekete lyukak környezete az ott tömörülő forró gázok és csillagok miatt fénylik. A két égitest a számítások szerint történetesen mintegy 2,5 milliárd év múlva fog egyesülni. Forrás: A.D. Goulding és munkatársai.

A kettős rendszer érdekessége, hogy tőlünk 2,5 milliárd fényévre található, és a számítások szerint a tagjai éppen 2,5 milliárd év múlva kezdenek majd az igazán erős gravitációs hullámok kibocsátásába. Mivel a fény véges terjedési sebessége miatt a távoli égitesteket múltbeli állapotukban figyelhetjük meg, ez azt jelenti, hogy valójában a feketelyuk-páros mostanra talán már meg is kezdte végső haláltáncát. Ám az általuk jelenleg kibocsátott, szintén fénysebességgel terjedő gravitációs hullámok csak évmilliárdok múlva fogják elérni a Földet. Így ha valaki éppen az ilyen égitestek által kibocsátott gravitációs hullámok kimutatására tervezi felépíteni asztrofizikusi karrierjét, bizonyosan jobban jár, ha másik célpontot választ magának.

Ettől még természetesen a most felfedezett kettős vizsgálata is nagyon hasznosnak bizonyulhat. Már maga a felfedezés ténye is durva becslést enged meg az olyan, viszonylag közeli szupernagy tömegű kettős fekete lyukak számára nézve, amelyek gravitációs hullámait a megfelelő műszerek birtokában érzékelni tudnánk. Ennek a gravitációs háttérzajnak a megfigyelése megválaszolhatná a mai extragalaktikus csillagászat egyik legfontosabb kérdését; azt, hogy milyen gyakoriak a galaxis-összeolvadások, illetve hogy maguk a galaxisok központi szupernagy tömegű fekete lyukai egyesülnek-e egyáltalán.

„Nekünk, csillagászoknak rendkívül kellemetlen, hogy nem tudjuk, vajon egyesülhetnek-e a szupernagy tömegű fekete lyukak” – vallja be Jenny Greene, a kutatócsoport tagja, a Princeton Egyetem asztrofizika professzora. – „A fekete lyukakkal foglalkozó kutatók számára most ennek megállapítása a legfontosabb megfigyelési feladat.”

Fantáziarajz egy szupernagy tömegű kettős fekete lyukról. Forrás: JOSHUA VALENZUELA / UNM.

A szupernagy tömegű fekete lyukak sok milliónyi, vagy akár milliárdnyi csillag tömegével bírnak. Lényegében az összes galaxis, köztük a saját Tejútrendszerünk középpontjában is található ilyen égitest. Amikor két galaxis összeolvad, a központi gigászok is egymás közelébe sodródnak, és keringeni kezdenek egymás körül. A közöttük elhaladó csillagokat és gázanyagot kirepítve a kettős rendszer energiája csökken, tagjai egyre közelebb kerülnek egymáshoz. Ám így mind kevesebb égitest fog már csak közéjük keveredni, az általuk okozott energiavesztés pedig gyakorlatilag megszűnik egy bizonyos ponton. Az elméleti számítások értelmében a közeledési folyamat kb. egy parszek (3,2 fényév) távolságban holtpontra jut. Ebben az állapotban szinte a végtelenségig elkeringhetnének egymás körül az égitestek. Ezt nevezik a kutatók az utolsó parszek problémájának. Az elméleti számítások arra mutatnak, hogy csak rendkívül ritka esetekben, például hármas rendszerek kialakulásakor nyílik meg az út a végső összeolvadás előtt.

Sajnos azonban a csillagászok nem tudják megfigyelni az egymástól egyetlen parszek távolságra keringő szupernagy tömegű fekete lyukakat, hiszen ezek túlságosan közel vannak társuktól a hatalmas, tőlünk mért távolságukhoz képest. A távolból ezek egyetlen objektumnak tűnnek. Ám ilyen szeparáció mellett még nem bocsátanak ki erős gravitációs hullámokat sem. Ahhoz le kell küzdeniük a végső parszeket, annak töredékén belül kell kerülniük egymáshoz. Ha az utolsó parszek problémája a valóságban nem létezik, akkor a csillagászok várakozásai szerint a világegyetemet ki kell töltenie az ilyen összeolvadási folyamatok távoli, halk gravitációs morajának. „Ez volna a gravitációshullám-háttér, amit úgy képzelhetünk el, mint az éjszaka ciripelő tücskök tengerét” – hoz szemléletes példát Andy Goulding, a kutatócsoport vezetője, szintén a Princeton Egyetem asztrofizikusa. – „Bár nem tudjuk megkülönböztetni egy bizonyos tücsök hangját a többiétől, ám a hangerő révén mégis megbecsülhetjük, hogy összesen hány tücsök lehet a réten.” Amikor két szupernagy tömegű fekete lyuk végül ütközik és összeolvad, az rövid ideig hatalmas robajjal jár, ami mellett eltörpül a ciripelés. Ám az ilyen események rövid ideig tartanak, és rendkívül ritkák lehetnek, így a kutatók nem számítanak ezek felfedezésére a közeljövőben.

A csillagászok a mostani felfedezés alapján úgy becsülik, hogy jelenleg is mintegy 112 közeli, összeolvadás előtt álló szupernagy tömegű kettős fekete lyuk bocsáthat ki gravitációs hullámokat. Ha ez igaz, akkor a jelenleg futó, pulzárok jeleinek pontos időzítésmérésén alapuló gravitációshullám-megfigyelési programoknak nagyjából öt éven belül ki kell tudniuk mutatni a tőlük származó háttérzajt. Ha ez a felfedezés késlekedne, az annak a jele lehet majd, hogy az utolsó parszek problémája valóban létezik, és áthidalhatatlan. A kutatócsoport jelenleg további hasonló galaxisok után kutat, amelyekben kimutatható lehet az ilyen kettősök jelenléte. További szupernagy tömegű kettős fekete lyukak felfedezésével pontosítani lehetne a gravitációs háttérzajra vonatkozó várakozásainkat is.

Forrás: Simons Foundation

Hozzászólás

hozzászólás