Szupermasszív fekete lyuk: elképesztő fotó készült egy kozmikus szörnyről

Egy távoli galaxis az otthona annak a falánk, ragadozó szupermasszív fekete lyuknak, ami szokatlan módon úgy viselkedik, mintha játszana táplálékával, a magába szívott csillagközi anyaggal - ez derül ki a Very Large Telescope új, forradalmi jelentőségű felvételéből. A rendkívül különlegesen viselkedő szupermasszív fekete lyuk egy, a Tejútrendszerhez relatíve közeli, 12 millió fényévre fekvő galaxis központjában található.

A különösen viselkedő szupermasszív fekete lyuk az NGC 4945 galaxis középpontjában fekszik. A VLT-vel készített fotó inzertjében kinagyítva látszanak az akkréciós korongról távozó anyagsugarak Fotó: ESO/C. Marconcini et al.

A szupermasszív fekete lyuk, ami a Földtől több mint 12 millió fényévre fekvő NGC 4945 spirálgalaxis magjában található, rendkívül erőteljes anyagáramlást bocsát ki magából. Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) - ami Chile északi részén, az Atacama-sivatagban a Cerro Paranal hegyen található,- Nagyon Nagy Teleszkópja (Very Large Telescope, VLT) segítségével a csillagászok közelről megörökítették az NGC 4945 galaxis aktív magját és annak a szupermasszív fekete lyukából kiáramló gyors anyagfelhőket.

A szupermasszív fekete lyuk anyagalaxisa a Kentaur csillagképben található, a térképen jelölt helyen   Fotó: Wikimedia Commons/Pope Pompus

Szupermasszív fekete lyuk: az univerzum legnehezebb kozmikus szörnyetege

A felvétel elemzése azt sugallja, hogy annak a csillagközi anyagnak a maradványai szóródnak szét a kozmikus térben, amelyet a falánk szupermasszív fekete lyuk szippant magába."Majdnem minden galaxis középpontjában van egy szupermasszív fekete lyuk" – áll az ESO kutatóinak az új VLT-felvételt kommentáló közleményben, amit a Lives Science tudományos hírportál idéz.  -Néhány, például a saját Tejútrendszerünk középpontjában lévő szupermasszív fekete lyuk nem különösebben éhes. Ezzel szemben az NGC 4945 galaxis falánk kozmikus szörnyetege hatalmas mennyiségben nyeli el környezetének csillagközi anyagát - áll a kutatók közleményében.

Az NGC 4945  asztrofotója. A Földtől 12 millió fényévre fekvő galaxis centrumában rejtőzik a furcsán viselkedő szupernehéz fekete lyuk   Fotó: ESO

A nagyon nagy tömegű, vagy szupermasszív fekete lyukak az univerzum legnehezebb ismert képviselői közé tartoznak. 

Szupermasszív fekete lyukaknak nevezzük azokat a fekete lyukakat , amelyek tömege 100 ezer és tízmilliárd naptömeg közötti. 

A szupernehéz fekete lyukak tömegének azonban létezik elméleti felső határa, ami nagyjából 50 milliárd naptömegnek felel meg. Egy ilyen szupernehéz objektumnál az akkréciós korongból a fekete lyukba hulló anyag ugyanis annyira felhevül, hogy saját sugárzásának nyomása szétfújja az anyag utánpótlását, így a fekete lyuk tömegbefogási folyamata leáll.

Egy szupermasszív fekete lyuk művészi ábrája       Fotó: MARK A. GARLICK / SHEFFIELD UNIVERSITY

 A galaxisok középpontjában rejtőző szupernehéz fekete lyukak folyamatosan, de változó intenzitással nyelik el a körülöttük kialakult akkréciós korongba tömörülő anyagot.

Az akkréciós vagy anyagbefogási korong egy központi kozmikus objektum körül keringő diffúz anyag, ami általában porból, gázból vagy plazmából áll. A keringő anyag a belső súrlódása miatt egy síkban rendeződik el. Többféle akkréciós korong ismert, a keletkező csillagok körül kialakuló protosztelláris akkréciós korongok a leggyakoribbak, de ezek közé soroljuk a fekete lyukak anyagbefogási korongjait is.

Azt már korábban is tudtuk, hogy a galaxisok magjában lévő szupernehéz fekete lyukak váltakozó intenzitással nyelik el az akkréciós korongjuk anyagát, melynek egy részét úgynevezett relativisztikus jetek formájában kilövik a csillagközi térbe. A realtivisztikus jet a szupernehéz fekete lyuk akkréciós korongjában alakul ki mágneses mezőkből és szubatomi részecskékből. A korongban forgó mágneses mezők a kiáramlást a fekete lyuk forgástengelye mentén gyűjtik össze, amelyek esetenként hosszú nyúlványként, úgynevezett jetként jelennek meg az akkréciós korong mindkét felén. A jelenleg ismert legnagyobb szupermasszív fekete lyuk a Coma halmazban található, ami a számítások szerint 21 milliárd naptömegű .

Fekete lyuk: a nem létező égiteset

A VLT most publikált tudománytörténeti jelentőségű felvételén a fényes kúp alakú anyagsugarakként látszódó galaktikus szelek annyira gyorsak, hogy a csillagközi gáz és a por valószínűleg kiszökik az anyagalaxisából és kilökődik az intergalaktikus térbe, még azt megelőzően, hogy a szupernehéz fekete lyuk visszaszippanthatná ezeket az anyagfelhőket. 

Ez a rendellenesen viselkedő objektum, ellentétben a fekete lyukak tipikus, mindent felemésztő hírnevével, hatalmas anyagszelet fúj ki" 

- tették hozzá az ESO illetékesei. A fekete lyukak létezését először Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg hipotetikusan. A fekete lyuk nem hagyományos értelemben vett égitest, hanem a téridő olyan tartománya, ahonnan az extrém gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud kiszabadulni. 

Albert Einstein 1916-ban publikált általános relativitáselmélete jósolta meg többek között a fekete lyukak létezését is     Fotó: Wikimedia Commons

A fekete lyuk eseményhorizontja mögött azonban nem találunk hagyományos értelembe vett égitestet; a fekete lyuknak nincs belső szerkezete, kifelé pedig csak a tömege a töltése és a perdülete nyilvánul meg. Fekete lyuk akkor keletkezhet, amikor egy meghatározott és véges tömeg a gravitációs összeomlásnak vagy kollapszusnak nevezett folyamat eredményeként egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. 

Ekkor az anyag összehúzódást okozó gravitációs erő minden más kölcsönhatást felülír, és az anyag egyetlen matematikai ponttá húzódik össze. 

Ebben a pontban, a gravitációs szingularitásban bizonyos fizikai mennyiségek, mint például a sűrűség vagy a téridőgörbület végtelenné válnak.

A fekete lyuk eseményhorizontján túl nem érvényesek a fizika hagyományos törvényszerűségei    Fotó: Science Library

 A szingularitást körbevevő térben a gravitáció olyan erős, hogy onnan semmilyen anyag és a fény sem tud kiszabadulni; ennek határát jelzi a fekete lyuk eseményhorizontja, a téridő olyan határfelülete, amelynek a túloldalán zajló események már semmilyen hatással sincsenek a megfigyelőre. Az eseményhorizonton csak egy irányban lehet áthaladni, visszaút ugyanis az eseményhorizonton túlról már nincs. Ezért is számít különlegesnek az Európai Déli Obszervatórium asztronómusainak felfedezése, ami arra utal, hogy az akkréciós korongból mégsem minden zuhan bele a szupermasszív fekete lyuk szingularitásába.

Gyorsulva távoznak a kozmikus szörnyeteg kifújta anyagfelhők

A legutóbbi VLT-vel végzett megfigyelések, illetve felvételek egy olyan nagyobb tanulmány részeiként készültek, ami az anyagáramlásoknak a galaxisokban való mozgását vizsgálja. A MUSE adatai azt mutatják, hogy az NGC 4945-ben megfigyelt galaktikus szelek felgyorsulnak, miközben távolodnak a központi fekete lyuktól a galaxis peremei felé. Ez több mint szokatlan viselkedésnek számít, mivel ezek a galaktikus anyagáramlások általában lelassulnak, ahogy kifelé haladnak egy csillagvárosban. 

Közeli kinagyított kép az NGC 4945 galaxis aktív magjáról és a szupermasszív fekete lyukból kiáramló galaktikus szelekről     Fotó: ESO/C. Marconcini et al.

Ezek a gyorsan mozgó kozmikus szelek jelentős hatással lehetnek a befogadó galaxisukra. Azáltal, hogy anyagot löknek ki a galaxisukból, gátolják a csillagkeletkezést. "Ez azt is mutatja, hogy az erősebb fekete lyukak a saját növekedésüket gátolják azáltal, hogy eltávolítják azt a csillagközi gázt és a port, amelyből táplálkoznak, így az egész rendszert közelebb viszi egyfajta galaktikus egyensúlyhoz" - mondták az ESO asztronómusai. "Ezekkel az új eredményekkel most egy lépéssel közelebb kerültünk a galaxisok fejlődéséért felelős kozmikus anyagáramlások gyorsulási mechanizmusának és az univerzum történetének megértéséhez" - hangsúlyozzák a kutatók. 

Az M87 elliptikus galaxisból kiinduló relativisztikus jet asztrofotója     Fotó: NASA and The Hubble Heritage Team

Az NGC 4945 közeli nézetében a galaxis aktív magját eltakarja az intersztelláris por és a gáz, amelyet a csillagközi anyagból táplálkozó fekete lyuk erős gravitációja vonz erre a területre. Az izzó galaktikus szelek átragyognak a por- és gázfelhőkön, amint kiáramlanak a fekete lyuk akkréciós korongjából. A Nature Astronomy szakfolyóiratban publikált tanulmány itt olvasható el teljes terjedelmében.

Ami szokatlan az NGC 4945 galaxis szupermasszív fekete lyukának viselkedésében:

• anyagsugarak lökődnek ki az akkréciós korongjából,
• a távozó anyagsugarak a számítások szerint gyorsulva haladnak a galaxis peremvidéke felé,
• és az intergalaktikus térbe távoznak.