Miért nem találtuk meg eddig a távcsöveinkkel a csillagokból keletkező legnagyobb fekete lyukakat?

7264

Egyetlen alkalommal sem sikerült még klasszikus távcsöves megfigyeléssel 20 naptömegnél nagyobb tömegű fekete lyukat detektálni. A létezésükről viszont a gravitációs hullámok méréseinek köszönhetően tudunk, hiszen több tucat ilyen kettős fekete lyuk összeolvadását sikerült már ,,meghallani”. A Peter Jonker (SRON/Radboud) vezette kutatócsoport legfrissebb tanulmányából kiderült, hogy ezek az első látásra ellentmondó eredmények a hagyományos távcsöves megfigyeléseket befolyásoló statisztikus torzítás (ún. kiválasztási effektus) miatt lépnek fel.

A LIGO 2015-ben detektálta az első gravitációs hullámokat, melyek létezését Albert Einstein jósolta meg. A hullámok kettő, egyenként is több tíz naptömegű fekete lyuk összeolvadásakor keletkeztek. A felfedezés óriási jelentőségű volt; habár néhány csillagász korábban is úgy becsülte, hogy létezhetnek ilyen nagy tömegű fekete lyukak, arra még kevesebben számítottak, hogy ezek egyesülhetnek. A gravitációs hullámok detektálása előtt hagyományos távcsöves megfigyelésekkel körülbelül 20 db, néhány naptömegű fekete lyuk létezését erősítették meg. Egyik sem volt azonban akkora tömegű, mint amiket a gravitációs hullámok megfigyelésével fedeztek fel. Mostanra, az európai Virgo detektort is figyelembe véve körülbelül 50 ilyen, legtöbb esetben hatalmas tömegű kettős fekete lyukat észleltek. Távcsővel azonban még mindig nem sikerült ekkora tömegű fekete lyukat megfigyelni.

Az eltérést részben azzal lehet magyarázni, hogy a gravitációs hullámok detektoraival megfigyelt univerzum térfogata nagyobb. A LIGO-Virgo könnyebben detektálja nagyobb tömegű kettős fekete lyukak összeolvadását, mert a kisebb tömegűekhez képest erősebb gravitációs hullámokat bocsátanak ki (ebből következtethetünk arra, hogy ezek ritkább, de hangosabb események lehetnek). De hogyan lehetséges, hogy még egyetlen ilyen nagy tömegű fekete lyukat sem észleltek elektromágneses hullámokra alapuló távcsövekkel? A fekete lyukak, illetve legalábbis a közvetlen környezetük fényt bocsát ki, mikor egy társcsillagból elszippantott anyagmennyiséget elfogyasztanak. A kizsákmányolt csillag pályamenti mozgásából meghatározható a fekete lyuk tömege.

Korábban detektált fekete lyukak tömegei naptömeg egységekben. (Forrás: LIGO-Virgo/Northwestern University/Aaron Geller, magyar fordítás: ligo.elte.hu)

Peter Jonker kutatócsoportja jött rá arra, hogy a nagy tömegű fekete lyukak távcsöves megfigyeléseit kiválasztási effektusok torzítják el. Az ilyen nagy tömegű fekete lyukakat elméletileg megfigyelhetnénk társcsillagukról elszívott gázanyaguk bekebelezése közben. Ugyanakkor az ilyen megfigyelések feltételei eléggé speciálisak, detektálnunk kell a kísérő csillagot, ki kell mérnünk mozgását a tömegközéppont körül, esetleg a behulló gáz forró sugárzását kell kimutatni. A legnagyobb tömegű, de még a csillagok mérettartományába eső, azaz néhányszor tíz naptömegű fekete lyukak keletkezésére vonatkozó elméletek szerint ezek az objektumok a legnagyobb tömegű csillagok belső összeomlásakor alakulnak ki. Az így, összeroppanással keletkező fekete lyukak nem lökődnek ki a normál (kisebb tömegű csillagok fejlődése végén lejátszódó) szupernóva-robbanásokat kísérő hatások révén eredeti szülőhelyükről, így ugyanott maradnak, ahol a nagy tömegű előcsillaguk eredetileg is kialakult, azaz a Tejútrendszer síkjában. Ez egyben azt is jelenti, hogy továbbra is sűrű por- és gázfelhőkbe burkolva léteznek, ami megszűr minden elektromágneses sugárzást a rendszer irányából. Velük szemben a kisebb tömegű fekete lyukak, melyeket a létrejöttüket kísérő szupernóva-robbanások gyakran kilöknek a galaxis fősíkjából, szorosabb kísérőcsillagokkal már könnyebben megfigyelhetőek távcsövekkel.

A James Webb-űrteleszkóp (JWST) indítása 2021. december 18-án várható, ezzel a nagy teljesítményű távcsővel pedig le lehet majd tesztelni a fenti kutatás eredményeit is. A JWST számos feltételezett fekete lyukas rendszert képes lesz majd megfigyelni a Tejútrendszer síkjában. Érzékenyebb lesz infravörös tartományban, ahol a sűrű porfelhők lényegében átlátszóak (ellenben az optikai tartománnyal, amelyben a földi teleszkópok rendszerint mérnek). Ráadásul, mivel a JWST az űrben fog keringeni, a földi infravörös háttérfény kibocsátása sem fogja zavarni.

Borítókép: NASA illusztráció egy fekete lyuk belső akkréciós korongjának röntgenfényléséről (Forrás: NASA Goddard/Jeremy Schnittman/Scott Noble)

Forrás: SRON

Hozzászólás

hozzászólás