Fekete lyuk erős kitörése segíti elő a csillagok tömeges keletkezését

3704

Történetünk egy fekete lyukról szól, amelynek kitörése 100 000 billiószor több energiát bocsátott ki, mint amit a mi Napunk fog teljes élettartama alatt, ezzel egy láncban beindítva a csillagkeletkezést.

Újonnan keletkezett csillaghalmazok láncolata, amelyeket egy fekete lyuk nagyenergiájú kitörése hozott létre. (Forrás: Röntgen: NASA/CXC/SAO/O. Omoruyi et al.; Optikai: NASA/ESA/STScI/G. Tremblay et al.; Rádió: ASTRON/LOFAR; Képfeldolgozás: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)

Nemrégiben kutatók egy csoportja fekete lyuk által produkált egyik eddigi legnagyobb kitörést figyelte meg, egy 4 milliárd évvel ezelőtt történt hatalmas robbanást, amely láncszerűen beindította környezetében a csillagkeletkezést, és színes fényben pompázó, égi nyakláncot hozott létre az újonnan keletkezett csillaghalmazokból.

Ez a gyönyörű alakzat a Földtől 3,8 milliárd fényévre található, az SDSS J1531 elnevezésű, galaxisok százait tartalmazó, nagy tömegű galaxishalmazban. Ebben a galaxishalmazban nagy mennyiségű forró gáz gyűlt össze, közepében pedig a galaxisfejlődés szempontjából igen érdekes eseményt figyelhetünk meg, mégpedig a halmaz két legnagyobb galaxisának egybeolvadását. A tudósok szerint a megfigyelt kitörés valószínűleg ezen összeütköző galaxisok egyikének a közepében lévő szupernagy tömegű fekete lyukból származik.

A szimulációk alapján a két galaxis összeütközésének eredményeként jöhetett létre a megfigyelt, S-betűhöz hasonló alakú csillagkeletkezési tartomány, amely egy 19 óriási csillaghalmazból álló szuperhalmazt alkot. A csillagászok az elektromágneses spektrum minden tartományát lefedő adatokat használtak a csillagkeletkezési régió vizsgálatára a Low-Frequency Array (LOFAR) rádiótávcső méréseitől kezdve az optikai spektrumokon át egészen a NASA Chandra röntgenobszervatóriumának adataiig. Ennek a különleges alakú csillagkeletkezési tartománynak a vizsgálatával ugyanis teljesebb képet kaphatunk arról, hogy a szupernagy tömegű fekete lyukak miként alakítják környezetüket.

„A fekete lyukak megfigyelthez hasonló kitörései az elméletek szerint fontos szerepet játszanak a csillagkeletkezés folyamatának megindításában, illetve a galaxishalmazban található gáz forrón tartásában” – nyilatkozott Timothy Davis, a kutatócsoport egy tagja. – „Az, hogy most egyértelmű bizonyítékot találtunk a csillagkeletkezést beindító folyamatra a kitörés detektálásával, jelentősen hozzájárul a nagy tömegű fekete lyukak környezetformáló szerepének megértéséhez.”

Aktív galaxismagok és csillagkeletkezés

A legtöbb galaxis közepén egy fekete lyuk található, amelynek tömege Napunkénak millió-milliárdszorosa. Ezek közül vannak olyan fekete lyukak, amelyek a mi galaxisunk, a Tejútrendszer közepén található Sagittarius A*-hoz hasonlóan „csendesek”, más szóval éheznek, míg vannak olyanok is, amelyek aktivitást mutatnak a körülöttük lévő gáz és por akkretálásával. (Az akkréció a csillagászatban tömegbefogást jelent.) Az utóbbi csoportba tartozó, galaxisok közepén lévő fekete lyukakat aktív galaxismagnak (active galactic nuclei, AGN) nevezzük, és ismertetőjegyük, hogy egy vastag, gázból és porból álló akkréciós korong öleli körül őket. A fekete lyuk a körülötte lévő korong anyagából „táplálkozik” különféle tömegbefogási folyamatokkal. E folyamatok hatására a fekete lyuk környezete látható tartományban is észlelhető sugárzást bocsát ki.

Emellett azt az anyagot, amely nem hullik rá közvetlenül a fekete lyuk felszínére, a mágneses tér a fekete lyuk pólusai felé irányítja, ahonnan a töltött részecskék relativisztikus sebességre gyorsulva sugárnyalábként (jet) hagyják el a fekete lyuk mindkét pólusát. Ezt a kitörést gyakran az elektromágneses spektrum minden tartományában megfigyelhető fényjelenség jellemzi. Emiatt az aktív galaxismagok túlragyoghatják gazdagalaxisuk teljes fényességét.

Aktív galaxismag, amelynek pólusaiból sugárnyaláb (jet) tör ki. (Forrás: ESA/NASA, AVO projekt és Paolo Padovani)

Az SDSS J1531-es jelölésű galaxishalmaz középpontjában lévő galaxisok egyikének fekete lyuka a kutatók szerint a fentebb leírt folyamatok hatására sugárnyalábot bocsátott ki, amely sugárnyaláb eltolta a forró gázt a fekete lyuk környezetéből. Így a fekete lyuk körül egy forró gázoktól mentes üreg jött létre.

„Az általunk vizsgált adatok 4 milliárd évvel ezelőttről, tehát nagyságrendileg a Föld kialakulásának idejéből származnak” – nyilatkozott a kutatást vezető Osase Omoruyi. – „A fekete lyuk körüli ősi üreg elmesélheti a halmaz korábbi életének történetét.”

Ezen eseményeket a Chandra űrtávcső segített feltárni Omoruyinak és kollégáinak, akik az SDSS J1531 galaxishalmaz közepén lévő sűrű gáz mozgását modellezve kimutatták, hogy a jet által létrehozott üreg széle röntgentartományban sugároz. A LOFAR rádiótávcső adatainak segítségével pedig sikerült kimutatni a központi fekete lyuk kilövellésének részecskéit, ami közvetlen bizonyítéka a fekete lyuk hajdani kitörésének.

„A rendszer közepén található fekete lyuk egészen biztosan aktív, és története során többször is kitörést produkált, amellyel jelentősen befolyásolta a körülötte lévő gáz elhelyezkedését, mozgását és fizikai tulajdonságait” – mondta a kutatásban részt vevő Davis. „Ebben az esetben az a különleges, hogy egyszerre vizsgálhatjuk a kitörés eseményét és annak közvetlen következményeit is.”

A fekete lyuk pólusaiból kilövellő sugárnyaláb Omoruyi szerint egyike a legnagyobb energiát felszabadító jeteknek: a kitörés 100 000 billiószor több energiát szabadított fel, mint amennyit a mi Napunk a teljes élettartama alatt kibocsát.

A jet által a fekete lyuk közeléből eltolt forró gáz azóta lehűlt, és elkeveredett a körülötte lévő anyaggal, majd a gravitáció hatására ismét elkezdett közeledni a fekete lyukhoz, ezáltal lehetőséget teremtve az új csillagok láncolatszerű keletkezésének.

A kutatás vezetője szerint a nagy energiájú jet detektálása már önmagában is meglepő eredmény, azonban az, hogy a közeli csillaghalmaz egyensúlyban maradt a kitörés után is, még figyelemreméltóbb. Ezen eset vizsgálatával sok mindent megérthetünk a fekete lyukak és a csillagkeletkezés folyamatának kapcsolatáról.

Bár a fekete lyuk kitörésére a jelen kutatás is számos bizonyítékot szolgáltat, ezeknél még elsöprőbb lenne a fekete lyukból az ellenkező irányba kilövellő jet kimutatása. Ez azonban a jövő zenéje.

Az itt bemutatott eredményeket a kutatócsoport az Astrophysical Journal nevű szaklapban tette közzé.

A cikk forrása: https://www.space.com/black-hole-powerful-eruption-string-star-cluster-jewelry

Hozzászólás

hozzászólás