Igazolást nyert központi fekete lyukunk létezése

Minden korábbinál egyértelműbben tárult fel előttünk Galaxisunk sötét centruma: német csillagászok az eddigi legjobb bizonyítékot találták arra, hogy a Tejútrendszer középpontjában egy igen nagy tömegű fekete lyuk helyezkedik el.

A Tejútrendszer egy átlagos méretű galaxis, amelyben a becslések szerint legalább 100 milliárd csillag van, s az egyik a mi Napunk. A csillagászok már régóta tudják - főleg az eddigi rádió- és röntgencsillagászati megfigyelések alapján -, hogy a Tejútrendszer középpontjában egy igen nagy tömegű fekete lyuk helyezkedik el. A fekete lyuk magába gyűjti a környékén lévő anyagot (lásd a fenti fantáziaképet), s az eközben lejátszódó heves folyamatok miatt környezete heves röntgen- és rádiósugárzást bocsát ki. A Galaxis középpontját valóban egy erős rádióforrás (Sagittarius A) jelöli ki.

A központi fekete lyuk jellemzőit a környezetére gyakorolt gravitációs hatások alapján tanulmányozni lehet. 1995-ben a Föld egyik legnagyobb optikai távcsövével, a Keck-I teleszkóppal (Hawaii, Manua Kea) a Tejútrendszer középpontja körül keringő csillagok mozgását kezdték vizsgálni. Az Andrea Ghez professzor vezetésével dolgozó csillagászok a 200 megfigyelt égitest között 20 olyat találtak, amelyeken megmutatkozott a központi fekete lyuk gravitációs hatása: a normálisnál sokkal gyorsabb mozgást végeztek. Spirális pályán, majdnem 5 millió km/h (kb. 1400 km/s) sebességgel mozogtak - ez mintegy tízszerese a tipikus sebességnek. Kiderült, hogy a pályák jellemzői alapján a Galaxis magjában egy 2,6 millió naptömegű fekete lyuknak kell lennie.

2000. szeptemberében Ghez és kollégái újabb eredményekkel álltak elő. A 200 csillagból hármat igen részletesen tudtak követni, s képesek voltak pályájuk elemzésére. Ezek közül a két közelebbi csillag mindössze 10 fénynapos távolságra volt a fekete lyuktól (ez a Nap-Föld távolságnak mindössze 1800-szorosa!). 1995 óta évente átlagosan 400 ezer km/h-val nőtt a keringési sebességük, ami minden bizonnyal a fekete lyuk gravitációs hatásának tulajdonítható.

A megfigyelések a röntgentartományban is új erőre kaptak, amikor pályára állították a NASA Chandra röntgenműholdját. Kitűnő érzékenységének és felbontásának köszönhetően lehetővé vált a Tejútrendszer magjában lévő röntgensugárzó anyag kimutatása. 2001-ben a Chandra egy látványos felvillanást is észlelt a Tejútrendszer magjában (balra), ami annak jele lehetett, hogy a központi fekete lyuk anyagot nyelt el.

A fenti eredmények ellenére sem lehettek a csillagászok teljesen bizonyosak abban, hogy a megfigyelt csillagok által kerülgetett tömeg valóban fekete lyuk-e. A csillagok többsége ugyanis túl messze volt a középponttól. Mostanáig tehát más típusú objektum - például egy nagy tömegű objektumokból (például neutroncsillagokból) álló, igen sűrű halmaz - létezése is szóba kerülhetett.

Rainer Schödel és munkatársai (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Németország) legújabb eredménye azonban félresöpör minden más lehetőséget.

Schödelék már 10 éve követik figyelemmel a Galaxis központja körül keringő csillagok mozgását. Ez idő alatt kifinomult asztrometriai módszerekkel az S2 jelzésű csillagot pályájának kétharmadán sikerült nyomon követniük. A S2 keringési ideje 15,2 év, s jelenleg ez a központhoz (Sagittarius A) legközelebb eső csillag. A megfigyelt pályaszakaszba az apocentrum és a pericentrum is beleesett (vagyis a centrumtól legtávolabbi és ahhoz legközelebb állapot). Pericentrumban a csillag távolsága mindössze 17 fényóra volt!

A Schödelék szerint a pálya jellemzői tökéletesen illeszkednek azokhoz az előre megjósolt paraméterekhez, amelyekkel egy olyan csillagnak kell rendelkeznie, amely egy viszonylag kis kiterjedésű, de nagy tömegű, kompakt objektum körül kering. A pálya jellemzői alapján a központi tömeg 3,7 (plusz-mínusz 1,5) millió naptömeg, azaz jól illeszkedik a korábban jósolt adatokkal. Az adatok alapján kizárható egy kiterjedtebb, egyedi objektumokból álló sűrű halmaz létezése.

A kutatók a Nature 2002. október 17-ei számában számoltak be eredményeikről (Schödel, R. et al. A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. Nature, 419, 694 - 696, 2002).