Újabb lépés az aktív galaxisok megértése felé

575

A mai elképzelések szerint az ún. aktív magú galaxisok (AGN-k) középpontjában óriási, mintegy 0,1-1 milliárd naptömegnyi fekete lyukak foglalnak helyet. A galaxismagok nagymértékű aktivitásának forrása a centrális fekete lyukba történő anyagbeáramlás közben felszabaduló energia. Az elméletek szerint az anyagbeáramlás fizikája tulajdonképpen független a fekete lyuk tömegétől, e tekintetben hasonlóan viselkednek a jóval kisebb, körülbelül 10 naptömegnyi fekete lyukak is. Utóbbiak nagytömegű csillagok fejlődésének végállomásai, a Galaxisban több tucat, alaposan vizsgált képviselőjük ismert. Az várható tehát, hogy az extragalaktikus fekete lyukak tanulmányozása az anyagbeáramlás hasonló jeleit tárja fel, mint a tejútrendszerbeli kisebb társaik megfigyelései.

Fantáziarajz egy nagytömegű fekete lyukról, a körülötte lévő akkréciós korongról és az anyagbeáramlást kísérő, a korongra merőleges kifúvásokról.
[Aurore Simonnet, Sonoma State University]

A Tejútrendszerben található csillagtömegű fekete lyukakba történő anyagbeáramlási folyamatok tanulmányozásának egyik leghatékonyabb módja a források által kibocsátott röntgensugárzás időbeli változásának elemzése. Ennek általában két típusa azonosítható, egy széles frekvenciatartományra kiterjedő aperiodikus változás és a jóval keskenyebb sávot lefedő ún. kvázi-periodikus oszcillációk (QPO-k). Ez utóbbiak használhatóak a tömegbefogás különböző fázisainak azonosítására. Az elképzelések szerint a nagyfrekvenciás oszcillációk a fekete lyuk közvetlen közelében található stabil pályákon keringő anyagcsomóktól származnak, tulajdonképpen utolsó jelzések a nagyon nagy görbületű téridő-tartományban mozgó gáztól, mielőtt végleg eltűnne a fekete lyuk eseményhorizontja mögött (vagy legalább is számunkra észlelhetetlenné válik a relativisztikus hatások következtében). QPO-kat sok esetben figyeltek meg már a Tejútrendszer csillagtömegű fekete lyukai esetében, aktív galaxismagoknál azonban eddig még nem sikerült ilyet detektálni.

Marek Gierlinski (University of Durham) és kollégái az XMM-Newton röntgenteleszkóp által az RE J1034+396 katalógusjelű, ún. keskenyvonalú Seyfert 1 típusú aktív galaxisról rögzített 91 ezer másodperc hosszúságú adatsort vizsgálta. Ezen típusú AGN-k az elképzelések szerint némileg kisebb tömegű fekete lyukat tartalmaznak, mint a hasonló luminozitású egyéb aktív galaxismagok.

Már a röntgenfénygörbe első szemrevételezése is sugallta a periodicitást, amit aztán a részletes elemzés meg is erősített, kimutatva a 3600 másodperc körüli periódust az intenzitás változásában. A további vizsgálatok azt is jelezték, hogy a periodicitás jellege a megfigyelés során változott. Míg az első 25 ks (kiloszekundum, azaz ezer másodperc, a röntegcsillagászok által gyakran használt időegység) alatt másodlagos minimumok és fáziseltolódás is megfigyelhető volt, a maradék 70 ks alatt a jel rendkívül koherensen viselkedett. Ez pedig a kutatók szerint azt jelenti, hogy a forrás nem szigorúan periodikus, inkább a QPO-k jellemzőit mutatja.

Az RE J1034+396 katalógusjelű aktív galaxismag 3733 másodperces periódussal feltekert röntgentartománybeli fénygörbéje az XMM-Newton mérései alapján.
[Gierlinski és tsai]

Az RE J1034+396 középpontjában helyet foglaló fekete lyuk tömegére vonatkozó jelenlegi becslések a százezer és a 10 millió naptömeg között szórnak. Gierlinski és munkatársai a periódusra vonatkozó eredményüket felhasználva megkísérelték pontosítani a tömegértéket. Ha az észlelt periódus a fekete lyuk körüli legbelső stabil Kepler-pályán mozgó anyagra jellemző, akkor a lyuk tömege inkább a 10 millió naptömeghez van közelebb. Lehetséges a tömegbecslés a QPO természete alapján is. A tejútrendszerbeli fekete lyukak esetében a QPO-k karakterisztikus frekvenciájuk alapján két csoportba (kis és nagyfrekvenciás) oszthatók. Ez a frekvencia a fekete lyuk tömegének skálázására használható. Ha az RE J1034+396 esetében a jel a kisfrekvenciás csoportba esik (ezt látszik alátámasztani a koherencia is), akkor a becsült tömeg csak néhány százezer naptömegnyi. Ellenkező esetben azonban ismét a 10 milliós érték adódik, azaz ezen kérdés eldöntéséhez további megfigyelések szükségesek.

Talán ennél is fontosabb kérdés azonban, hogy miért az RE J1034+396 az egyetlen AGN, melynek esetében kvázi-periodikus oszcillációkat detektáltak, holott számtalan megfigyelési kampány célozta ezt a múltban. Gierlinski és kollégái szerint vagy óriási szerencséjük volt, vagy ebben az esetben szokatlanul magas tömegbefogási rátáról van szó, ami persze további tisztázandó kérdéseket vet fel. Az eredmény azonban kétségtelenül megerősíti a kis- és a nagyon nagy tömegű fekete lyukak közötti, az anyagbeáramlási folyamat hasonlóságán alapuló kapcsolatot.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2008. szeptember 18-i számában jelent meg.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás