Villogó rejtély: mi gerjeszti ezt a fekete lyukat 250 millió fényévre?

3819

Az ESA XMM-Newton röntgen űrteleszkópja eddig soha nem látott periodikus felvillanásokat detektált egy távoli galaxisban, melyek segíthetnek megérteni az aktív fekete lyukak viselkedését. A furcsa felvillanásokat az XMM-Newton a tőlünk mintegy kétszázötvenmillió fényévre levő GSN 069 galaxisban fedezte fel: 2018. december 24-én a forrás hirtelen százszorosára felfényesedett, majd egyetlen órán belül visszahalványodott normál állapotba, kilenc órával később pedig ismét kifényesedett. Mindezt végül további két alkalommal sikerült teljesen, egyszer pedig részlegesen megfigyelni. Mi okozhatta ezt a kvázi-periodikus villódzást?

Az XMM-Newton megfigyelései a GSN 069 galaxis kvázi-periodikus röntgenfelfényesedéseiről. A mozgókép felső részén a konkrét megfigyelés, míg alatta a röntgenfényesség változásai láthatóak közel 40 órán keresztül folyamatos adatgyűjtéssel. (ESA/XMM-Newton; G. Miniutti & M. Giustini (CAB, CSIC-INTA, Spain))

A galaxisok magjában található óriás fekete lyukak rendszeresen villódznak szabálytalanul, amit alapvetően a beléjük hulló és felhevülő gázanyag röntgensugárzása okoz. A GSN 069 esetében látott gyors és ismétlődő váltakozás valamilyen egészen új dolgot jelentett, foglalta össze a lényeget Giovanni Miniutti, a Nature magazinban megjelent publikáció szerzője. Az XMM-Newtonnal és a NASA Chandra röntgenobszervatóriumával pár hónapon át végzett további megfigyelések megerősítették, hogy a távoli fekete lyuk továbbra is tartja a tempót, közel periodikus röntgenkitörésekkel minden kilencedik órában. A kutatók az új jelenséget kvázi-periodikus kitöréseknek, vagy az angol elnevezés alapján rövidítve QPE-nek (quasi-periodic eruptions) nevezték el.

A röntgenemisszió a fekete lyukra behulló és az erős gravitációs térben felmelegedő anyagból származik. Különböző mechanizmusok működnek egy akkréciós korongban, amelyek képesek kiváltani a kvázi-periodikus jelet, de legnagyobb valószínűséggel a fekete lyukhoz egészen közeli akkréciós áramlás instabilitásaihoz lehet közük. Egy alternatív elmélet szerint a kitöréseket az akkréciós korong és egy második test kölcsönhatásai is okozhatják. Utóbbi lehet egy másik fekete lyuk, vagy esetleg egy korábban a fekete lyuk árapályhatásai által széttépett csillag maradványai.

A GSN 069 galaxis felfényesedései optikai tartományban készített felvétellel, valamint röntgentartományú mozgóképpel bemutatva. A megerősítő röntgenmérések 2019. február 14-15-e között, körülbelül 20 órán keresztül készültek.  (X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Optical: DSS)

Bár korábban még nem figyeltek meg ilyen periodikus felvillanásokat, Giovanni és kollégái szerint gyakoriak lehetnek az Univerzumban. Elképzelhető, hogy korábban azért nem azonosították ezt a jelenséget, mert a legtöbb fekete lyuk távoli galaxisok centrumaiban található. Ezek az óriási tömegű egyedek a mi Napunknál milliószor, milliárdszor nagyobb tömegűek és jóval nagyobbak, mint a GSN 069 közepén levő, melynek tömege „csupán” négyszázezerszerese a Napénak. Minél nagyobb és masszívabb egy fekete lyuk, annál lassabb fényességfluktuációkat produkál, így egy tipikus szupernagy tömegű fekete lyuk nem kilenc óránként, hanem néhány havonta vagy évente fényesedne fel. Így valószínűtlen lenne a felfedezés, mert a megfigyelési programok ritkán tartanak ilyen hosszú ideig egyetlen objektumról.

A GSN 069 kvázi-periodikus kitörései természetes keretrendszert adhatnak az aktív fekete lyukak jelentős részének bizarr mintáihoz is, melyek fényessége túl gyorsan változik ahhoz, hogy jelenleg elfogadott elméleti modellekkel megmagyarázzák. Több olyan nagytömegű fekete lyukat ismerünk, melyek fényessége napokon, hónapokon belül óriási nagyságrendben változik, miközben ennél jóval lassabb ütemű változást várnánk. Ha viszont a változékonyságuk hasonlít a GSN 069 esetében felfedezett kitörések felfényesedési és visszahalványodási fázisaival, akkor a jelenleg megmagyarázhatatlannak tűnő változások természetes értelmezést nyernének. Ehhez új adatokra és további tanulmányokra van szükség.

Lágy többlet

A GSN 069 galaxis kvázi-periodikus röntgenkitöréseinek fénygörbéje, kékkel az XMM-Newton, pirossal pedig a Chandra röntgenobszervatóriumának mérései. A grafikonon a forrás nyugalmi állapotához mért röntgenfelfényesedéseit figyelhetjük meg. (ESA/XMM-Newton; NASA/CXC; G. Miniutti (CAB, CSIC-INTA, Spain))

A GSN 069 kvázi-periodikus kitörései egy másik izgalmas jelenségre is választ adhatnának, melyet szinte minden fényes, tömegbefogó szupermasszív fekete lyuk röntgenjeleiben megfigyeltek: a lágy többletre. Ez alacsony energiájú röntgentartományon erőteljesebb  emisszió, melynek okaira egyelőre nincs magyarázat. Az egyik vezető elmélet az akkréciós korong közelében megjelenő és felforrósodó elektronfelhőkkel értelmezi a jelenséget.

Ahogyan a hasonló fekete lyukak, úgy a GSN 069 is kibocsájt ilyen lágy röntgentöbbletet a kitörések alatt, közöttük azonban nem. Az XMM-Newton-űrtávcsövet működtető csapat egyik tagja, és a tanulmány társszerzője, Richard Saxton szerint elképzelhető, hogy valós időben figyelhetjük meg a lágy röntgen forrásának kialakulását. Egyelőre nem tisztázott, hogyan alakulna ki az elektronfelhő, de a GSN 069 röntgenspektrumának kitörések közötti időszakokban mutatott változásait tanulmányozva keresik erre a választ. Az egyik legfontosabb cél az, hogy más kvázi-periodikus röntgenforrásokat találjanak, hogy jobban értsék a jelenség fizikai hátterét.

Forrás: ESA sajtóközlemény

Hozzászólás

hozzászólás