Elszabadult egy szörnyeteg a világűrben, nem tudni merre tart

A galaxisától távolodó „szökött fekete lyuk” illusztrációja, mögötte a magával ragadott gázcsóvában keletkezett csillagokkal

A csillagászok egy "megszökött" fekete lyukat fedeztek fel, amely valószínűleg az első megfigyelési bizonyíték arra, hogy a szupermasszív fekete lyukak kilökődhetnek a gazdagalaxisaikból.

Elképesztő sebességgel száguld a térben a megszökött fekete lyuk

A csillagászok egy elszabadult, szupermasszív fekete lyukat fedeztek fel, amely az észlelési adatok szerint kilökődött az anyagalaxisából, és egy magával ragadott csillaglánccal együtt száguld az intergalaktikus térben. A kutatócsoport megfigyelését összegző tanulmány szerint, amelyet április 6-án tettek közzé a The Astrophysical Journal Letters szaklapban, ez a felfedezés az első megfigyelési bizonyíték arra, hogy a szupermasszív fekete lyukak kilökődhetnek a saját galaxisukból, és vándorútra kelnek a csillagvárosok közötti kozmikus térben.

A galaxisától távolodó „szökött fekete lyuk” illusztrációja, mögötte a magával ragadott gázcsóvában keletkezett csillagokkal Forrás: NASA, ESA, Leah Hustak

A kutatók az elszabadult fekete lyukat ragyogó fénycsíkként fedezték fel, miközben a Hubble űrteleszkóppal a Földtől mintegy 7,5 milliárd fényévnyire található RCP 28 törpegalaxist figyelték meg. Az utólagos megfigyelések azt mutatták,

hogy a fényes csóva több mint 200 ezer fényév hosszú

– vagyis nagyjából kétszer akkora, mint a Tejútrendszer hossza –, és feltehetően olyan sűrű gázból áll, amelyben aktívan keletkeznek csillagok.

Galaxisunk, a Tejútrendszer síkja a Földről nézve, aminek közel 100 ezer fényév az átmérője Forrás: NASA-JPL-Caltech

A hosszú és fényes gázcsóva egy fekete lyukat követ, amely a becslések szerint a Nap tömegének 20 milliószorosa, és mintegy 5,6 millió km/h-val, vagyis a hangsebesség nagyjából 4500-szorosával távolodik az anyagalaxisától.

A Hubble Űrteleszkóp felvétele, amely felfedi a „szökött fekete lyukat”, amelyet egy hatalmas csillaghíd vezet. A NASA szerint ehhez hasonlót még soha nem láttak az univerzumban Forrás: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale)

A száguldó fekete lyuk óriási sebességének szemléltetésére: ekkora gyorsasággal egy Földről indított űreszköz körülbelül 14 perc alatt jutna el a Holdra. A tanulmányt publikáló csillagászok szerint a hosszú fénycsóva egy távoli galaxis középpontjára mutat. Az általános tapasztalat szerint a galaxisok középpontjában egy-egy hatalmas tömegű szupermasszív fekete lyuk található.

A kutatók szerint kizárható, hogy asztrofizikai sugarat észleltek

"Olyan vékony csíkot találtunk a Hubble egyik felvételén, ami egy galaxis közepére mutat" - mondta a Live Science tudományos hírportálnak Pieter van Dokkum, a tanulmány vezető szerzője és a Yale Egyetem asztrofizikus professzora.

A hawaii W.M. Keck Obszervatórium tíz méteres tükrösteleszkópjainak kupolái Forrás:Ethan Tweedie Photography/Ethan Tweedie

"A Hawaii-szigeteken működő Keck távcső segítségével azt találtuk, hogy a fénycsík és a galaxis összefüggnek egymással. A részletes elemzéséből arra következtettünk, hogy egy nagyon nagy, masszív fekete lyukat találtunk, ami kilökődött a galaxisból, és hosszú gáznyomot hagyott maga után, amiben új csillagok keletkeznek " - nyilatkozta a professzor.

Egy ötlépcsős vázlat, amely két fekete lyukat ábrázol egy bináris rendszerben, mielőtt még egy harmadik fekete lyuk behatolna, felborítva az egyensúlyt a galaxis központjában, az egyik fekete lyukat kilökve az intergalaktikus térbe. A jobb szélen látható hatodik ábra az új tanulmányban megfigyelt gázos nyomvonalat mutatja Forrás: van Dokkum

Régebbi tapasztalati tény, hogy a legtöbb - ha nem az összes-, nagy galaxis központjában szupermasszív fekete lyukak találhatók. Az aktív szupermasszív fekete lyukak gyakran igen nagy sebességgel anyagsugarakat bocsátanak ki, amik fénycsíkokként észlelhetők a környezetükben, és amelyek a most felfedezett fényes sávhoz hasonlók.

Ezt a jelenséget asztrofizikai sugárnak nevezik a kutatók.

Annak tisztázására, hogy amit megfigyeltek az nem egy asztrofizikai sugár, van Dokkum és kutatótársai alaposan megvizsgálták a Hubble felvételén felfedezett csíkot, és megállapították, hogy ez nem rendelkezik az asztrofizikai sugárra utaló árulkodó jelekkel.

Művészi ábra egy galaxis közepén lévő szupermasszív fekete lyukról Forrás: NASA-JPL/Caltech

Míg az asztrofizikai sugarak fokozatosan gyengébbé válnak, ahogy a kibocsátó forrásuktól eltávolodnak, ezzel szemben a most felfedezett potenciális szupermasszív fekete lyuk csóvája

egyre erősebbé válik a kutatók mérései szerint, ahogy távolodik a galaktikus kiindulási pontjától.

Amíg a fekete lyukak által generált asztrofizikai sugarak koncentrikusan törnek ki a forrásukból, addig az RCP 28 jelű törpegalaxisból származó nyomvonal lineáris maradt, ami szintén kizárja, hogy egy asztrofizikai sugárról lenne szó.

Áttört galaxisa gázfelhőjén, és csillagokat ragadott magával a kozmikus vándorrá lett fekete lyuk

A csapat így arra a következtetésre jutott, hogy a jelenség magyarázata egy olyan szupermasszív fekete lyuk lehet, ami áttörte a galaxist körülvevő gázt, és eközben annyira összenyomta ezt, hogy a magával ragadott kiterjedt gázcsóvában elindult a csillagképződés.

"Ha beigazolódik, ez lenne az első egyértelmű bizonyíték arra, hogy a szupermasszív fekete lyukak kiszabadulhatnak a galaxisokból" -értékelte a felfedezés jelentőségét Pieter van Dokkum, a kutatócsoport vezetője.

1. Egy normál méretű csillag elhalad a szupermasszív fekete lyuk közelében egy galaxis közepén. 2. A csillag külső gázburkát elkezdi befelé húzni a fekete lyuk gravitációs mezeje. 3. A csillag szétszakad, ahogy az árapály erők széttépik. 4. A csillag maradványai fánk alakú gyűrűvé válnak a fekete lyuk körül, és végül - átlépve az eseményhorizonot -, a fekete lyukba fognak zuhanni, hatalmas mennyiségű fényt és nagy energiájú sugárzást bocsátva ki Forrás: Science Focus

Ha az elszabadult szupermasszív fekete lyuk hipotézisét megerősítik, a következő kérdés, amelyet a csillagászoknak meg kell válaszolniuk az,

hogy egy ilyen szörnyű objektum hogyan kerülhet ki az anyagalaxisából.

"A legvalószínűbb forgatókönyv, ami e jelenség magyarázata lehet egy olyan „kozmikus csúzli", amit három test kölcsönhatása hoz létre" - mondta van Dokkum. "Amikor három hasonló tömegű test gravitációs kölcsönhatásba lép egymással, a kölcsönhatás nem stabil konfigurációhoz, hanem általában egy bináris képződményhez, valamint a harmadik test kilökődéséhez vezet"- mondja a tanulmány vezető szerzője.

Művészi elképzelés egy szupermasszív fekete lyuk és a körülötte keringő Nap-méretű fekete lyukakról Forrás: J. Samsing / Niels Bohr Institute

Mindez azt jelentheti, hogy a most felfedezett elszabadult fekete lyuk valaha egy igen ritkának számító kettős rendszer, egy másik szupermasszív fekete lyuk bináris része volt, amelyhez egy harmadik extrém tömegű fekete lyuk is csatlakozott, és kirepítette a rendszer egyik tagját. A csillagászok egyelőre tanácstalanok a tekintetben, hogy mennyire lehetnek gyakoriak az ilyen típusú kozmikus szökések az univerzumban.

A szupermasszív fekete lyukak akár milliárdszoros naptömegűek is lehetnek (A kép illusztráció) Forrás: Universe Today

Először ötven éve jósolták meg elméletileg a galaxisukból kilökődő szupermasszív fekete lyukak létét, de csak a mostani felfedezéssel sikerült bebizonyítani a létezésüket. A felfedezés igazolásához azonban még további megfigyelések szükségesek.

Az univerzum félelmetes szörnyei: a szupermasszív fekete lyukak

A nagyon nagy tömegű, úgynevezett szupermasszív fekete lyukak csoportjuk legnehezebb tagjai, amelyek tömege százezer és tízmilliárd naptömeg közé esik. A megfigyelések szerint a legtöbb galaxis középpontjában egy-egy ilyen típusú fekete lyuk található. A galaxismagokban rejtőző szupermasszív fekete lyukak többsége nyugalmi állapotú, vagyis csak kevés anyag áramlik beléjük.

Egy szupermasszív fekete lyuk illusztrációja Forrás: NASA

Ennek ellenére a körülöttük lévő akkréciós korongban összegyűlt anyagot folyamatosan elnyelik, amelynek egy részét a korong síkjára merőleges

relativisztikus jelek formájában kilöknek a csillagközi térbe.

A relativisztikus jelek, vagy asztrofizikai sugarak az aktív galaxisok, főként a rádiógalaxisok és kvazárok középpontjából kiinduló plazmakilövellések.

A fekete lyukak az univerzum legtitokzatosabb objektumai Forrás: Science Photo Library via AFP/SAKKMESTERKE/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Sakkmesterke/Science Photo Libra

A jelek a szupermasszív fekete lyukak akkréciós korongjában alakulnak ki szubatomi részecskékből, illetve mágneses mezőkből. Ha a szupermasszív fekete lyukba beáramló anyag mennyisége valamilyen kozmikus okból, például két galaxis ütközésekor megnövekszik, az akkréciós korong felforrósodik, és az energiafelesleget elektromágneses sugárzás formájában bocsátja ki.

A Tejútrendszer központja a Sagittarius A* környezetével Forrás: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff, R. Shcherbakov

Utóbbi esetben beszélünk aktív galaxismagról.

A galaxismagokban ülő szupermasszív fekete lyukak fejlődése szorosan összefügg a gazdagalaxisuk szerkezetével és fejlődésével. A legújabb kutatások kimutatták, hogy a spirálgalaxisok (ilyen a Tejútrendszerünk is) spirálkarjainak feltekeredettségi szöge és a galaxismagban lévő szupermasszív fekete lyuk tömege között összefüggés mutatható ki.

A Tejútrendszer felülnézeti képe a spirálkarokkal, külön jelezve a Nap helyzetét Forrás: NASA/JPL-Caltech

A szupermasszív fekete lyukak tömegének lehet felső határa, ugyanis egy elegendően nagy tömegű objektumnál az akkréciós korongból a fekete lyukba hulló anyag annyira felhevül, hogy saját sugárzásának nyomása szétfújja a korongot, így pedig megszűnik a fekete lyukat „hízlaló" anyagutánpótlás.

Az X7-es objektum és a Tejútrendszer középpontjában lévő Sagittarius A* szupermasszív fekete lyuk helyzetét ábrázoló asztrofotó Forrás: Ilf Scinece/Anna Ciurlo/UCLA

Elméleti számítások szerint a szupermasszív fekete lyukak

felső tömeghatára ötvenmilliárd naptömeg lehet.

A Tejútrendszer középpontjában lévő Sagittarius A jelű szupermasszív fekete lyuk tömege hozzávetőleg négymillió naptömeggel egyenlő.