Elképesztő kozmikus kataklizma: nem volt ilyen óriási űrbéli detonáció az ősrobbanás óta

Az asztronómusok rendkívüli robbanást figyeltek meg egy távoli galaxisban. Az elképesztő kozmikus kataklizma, a Gaia 18 cjd jelű objektum robbanási energiája huszonötször múlta felül az eddig ismert legerősebb szupernóva-robbanás energiáját, ez pedig az univerzumot létrehozó mintegy 13,8 milliárd éve történt ősrobbanás után a második legnagyobb ismert űrbéli detonáció.

Mindennél nagyobb, új osztályú kozmikus robbanást figyeltek meg a csillagászok Fotó: Science Springs

Az elképesztő kozmikus kataklizma, a Gaia 18 cjd jelű objektum felrobbanása az amerikai, illetve az európai űrkutatási szervezetek, a NASA és az ESA, továbbá más obszervatóriumok észlelési adatainak összevetése alapján az ősrobbanás óta történt legnagyobb erejű robbanás volt az univerzumban.

Az elképesztő kozmikus kataklizma, a Gaia 18 cjd jelű objektum felrobbanása egy nagy tömegű szétszakadó csillag anyagának egy szupermasszív fekete lyukba zuhanására vezethető vissza               Fotó: W. M. Keck Observatory / Adam Makarenko / Ilf Science

Elképesztő kozmikus kataklizma, amit eddig nem ismert a tudomány

A fekete lyukak, az univerzum legfurcsább objektumai, a "téridő elfajulásai" közvetlenül nem figyelhetők meg, mivel az eseményhorizontjuk mögül semmilyen elektromágneses sugárzás, így a fény sem tud kiszabadulni. A fekete lyukakat csak úgy tudják azonosítani az asztrofizikusok, ha valami kölcsönhatásba lép velük. Erre akkor kerülhet sor például, amikor a fekete lyuk rendkívüli gravitációs ereje a közelébe került csillag anyagát elkezdi magába szippantani hatalmas, a fekete lyuk eseményhorizontjába spirálozó gázáramlásokat hozva létre amik szétszakítják a csillagot.

Egy fekete lyuk és a körülötte lévő akkréciós korong - az eseményhorizont határa - művészi ábrája     Fotó: Wikimedia Commons/ESA/Hubble

A fekete lyuk a téridő olyan tartománya ahonnan az erős gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud távozni. A fekete lyuk eseményhorizontja mögött azonban nincs valódi égitest; a fekete lyuknak nincs belső szerkezete, kifelé pedig csak a tömege, a töltése és a perdülete nyilvánul meg.

A szétszakadó csillag anyagából kiterjedt akkréciós korong képződik a fekete lyuk körül. Ha magát a fekete lyukat nem is, de e kozmikus objektum okozta rendkívüli gravitációs árapály-hullámokat, illetve az akkréciós korongot már meg lehet figyelni. Noha ezek az események rendkívüli energiát szabadítanak fel, ám a Hawaii Egyetem Csillagászati ​Intézetének (IfA) asztrofizikusai a frissen publikált tanulmányukban egy olyan új típusú jelenségről számolnak be, amihez képest az előzőekben felsoroltak csak csekély energiájú eseménynek tűnnek. 

A fekete lyuknak nincs belső szerkezet, és az eseményhorizonton túl bizonyos mennyiségek végtelenné válnak    Fotó: Wikimedia Commons/NASA

Az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) Gaia- űrtávcsövének adatai között kutatva a tanulmány vezető szerzője, Jason Hinkle számos olyan szokatlan és hosszú életű fellángolást talált, amelyeket 2016-ban és 2018-ban észleltek. Más földi és egyéb űrtávcsövekkel elvégzett további megfigyelések, illetve az eredmények feldolgozása után a kutatócsoport megállapította, hogy ezek -és egy 2020-ban azonosított további ilyen típusú kozmikus detonáció -, az eddig ismert legnagyobb energiájú robbanások az univerzumban. 

A Gaia-űrtávcső művészi ábrája     Fotó: ESA

Ezt az eddig nem ismert rendkívül nagy energiájú jelenséget, a kozmikus robbanások új osztályaként határozták meg, amit Extreme Nuclear Transients-nek (ENT) neveztek el.

A legerősebb kozmikus robbanás az univerzum keletkezése óta

"Már több mint egy évtizede megfigyeltük, hogy a fekete lyuk közelébe került csillagok a gravitációs árapályerők hatására szétszakadnak, de ezek az újonnan azonosított ENT-ek másfajta kozmikus szörnyetegek, amelyeknek közel 10-szer nagyobb a fényereje annál, mint amit korábban ismertünk" - mondja Jason Hinkle, a tanulmány vezető szerzője, akit az Ilf Science tudományos hírportál idéz. „Ezek az ENT-ek nem csak hogy sokkal fényesebbek mint a normál gravitációs árapály-zavarok, de még évekig fényesek is maradnak, messze felülmúlva a legnagyobb ismert szupernóva-robbanások energiakibocsátását” - fűzi hozzá az asztrofizikus.

Az ENT-k az univerzum legnagyobb energiájú robbanásai (művészi illusztráció)    Fotó: AAS Nova

A szupernóva-robbanás a legalább 1,4 naptömegnél nagyobb tömegű csillag élete végén bekövetkező és a gravitációs összeomlásra visszavezethető termonukleáris robbanás, melynek során a csillag luminozitása néhány hónapig egy átlagos galaxis fényességével vetekszik.

A kutatásban részt vett tudóscsoport szerint míg a szupernóvák néhány hónapig tartó felrobbanásuk alatt nagyjából annyi energiát bocsátanak ki mint a Nap a 10 milliárd éves élettartama alatt összesen, addig az új osztályú kozmikus robbanások, az ENT-ek 100 Nap tízmilliárd év alatt kibocsátott összenergiáját sugározzák ki rövid időn belül. Az ENT-robbanások egy ideig messze felülmúlják a befogadó galaxisuk összes csillagának és szupernóvájának az energiáját. 

Szupernóva-robbanás művészi ábrája       Fotó: AFP

Az észlelt események közül a legerősebb – a Gaia 18 cdj – 25-ször több energiát bocsátott ki, mint a valaha megfigyelt legerősebb szupernóva,

 így ez a legnagyobb energiájú kozmikus robbanás az univerzum keletkezése, vagyis az ősrobbanás óta. Ezek az események sokkal ritkábbak mint a szupernóvák, de hasznosak lehetnek a távoli galaxisok központjában lévő szupermasszív fekete lyukak (SMBH) tanulmányozásához.

A nagyon nagy tömegű vagy szupermasszív fekete lyukak a fekete lyukak legnehezebb ismert képviselői, amelyek tömege átlagosan százezer és tízmilliárd naptömeg között mozog, ám léteznek még ennél is nagyobb tömegű szupermasszív fekete lyukak. Közös jellemzőjük, hogy rendszerint a galaxisok középpontjában találhatók.

„Ezek a gigantikus energiájú események nem csupán egy hatalmas csillag életének drámai végét jelzik, hanem megvilágítják azokat a folyamatokat is, amelyek a világegyetem legnagyobb fekete lyukainak növekedéséért felelősek" - magyarázza Jason Hinkle. "Az ENT-ek értékes új eszközt kínálnak a távoli galaxisokban lévő hatalmas szupermasszív fekete lyukak tanulmányozásához. 

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

Mivel nagyon fényesek, hatalmas kozmikus távolságokon keresztül is láthatjuk ezeket – a csillagászatban pedig távolra nézni azt jelenti, hogy vissza kell tekinteni az időben" – tette hozzá Benjamin Shappee, az IFA docense és a tanulmány egyik szerzője.

Van rá észszerű magyarázat, hogy mi okozza ezeket a gigantikus robbanásokat

"E hosszan tartó kitörések megfigyelésével betekintést nyerhetünk a fekete lyukak növekedésébe még azokból az időkből, amikor az univerzum korának a félidejében járt és a galaxisok forgalmas helyeknek számítottak – nagy számban keletkeztettek csillagokat, és szupermasszív fekete lyukaikat tízszer erőteljesebben táplálták, mint manapság"- fűzi hozzá a Hawaii Egyetem Csillagászati ​Intézetének docense. Noha a fekete lyukak részletesebb tanulmányozásához még több ENT- eseményt kell megfigyelni, de ennek ellenére a kutatók úgy vélik, van rá ésszerű magyarázat, hogy mi okozza ezeket az elképesztő energiájú kozmikus robbanásokat.

Az ENT-k az univerzum legnagyobb energiájú jelenségei      Fotó: NASA/ESA

 "A legvalószínűbb fizikai forgatókönyv az ENT-robbanások okára egy nagy tömegű csillagnak a gravitációs árapály hatására történt szétszakadása, majd anyagának a szupermasszív fekete lyukba való beáramlása. A szupermasszív fekete lyukak nagy tömege az ENT- jelenség időskáláján hosszú távú felfénylést, illetve robbanásokat okoz ilyen esetben, mivel a fellángolási időskála az MBH1/2-nek felel meg - írják a kutatók a tanulmányukban. Mivel a szétszakított csillag tömegének nagyjából a fele elhagyja a rendszert, 

az ENT-robbanás bekövetkezéséhez legalább három naptömegnek megfelelő tömegű csillag szükséges, ez jelenti a jelenség bekövetkezésének alsó tömeghatárát. 

A ~3-10 [naptömegű] csillagok szétesésének időskálája és fényessége is jól egyezik az ENT megfigyelhető adataival - állítják a tanulmány szerzői. Az ENT-knek - amellett, hogy hasznosak a szupermasszív fekete lyukak tanulmányozásához -, még meg kell érteni a befogadó galaxisuk központi régióira gyakorolt ​​hatását is.

A tanulmányt teljes terjedelmében a Science Advances szakfolyóiratban lehet elolvasni angol nyelven.

Az új osztályú kozmikus robbanás energiája:

• jelentősen meghaladja az eddig ismert legerősebb szupernóva-robbanások energiáját,
• a Gaia 18 cjd jelű objektum robbanási energiája a legnagyobb ismert kozmikus detonáció az univerzum keletkezése óta,
• viszonylag hosszabb ideig fennmaradnak,
• és legnagyobb valószínűség szerint nagy tömegű csillagok anyagának szupernehéz fekete lyukakba zuhanásával magyarázható az eredetük.