Galaxis: elképesztő sebességbajnokra bukkantak a Tejútrendszerben

Egy rendkívüli sebességgel mozgó csillagot fedeztek fel az asztronómusok a Tejútrendszer központi régiójában a Déli Európai Obszervatórium Chilében felállított Nagyon Nagy Teleszkópjával (Very Large Telescope, VLT). A rekorddöntő gyorsaságú csillag azonban nem csak a sebessége, hanem az extrém helyzete miatt számít különösen érdekesnek , mert a mérések szerint ez a kozmikus objektum fekszik a legközelebb a galaxis középpontjában rejtőzködő szupermasszív fekete lyukhoz, a Sagittarius A*-hoz. A csillag e kivételes helyzete pedig páratlan lehetőséget kínál az asztrofizikusoknak arra, hogy megmérhessék a fekete lyuk legnehezebben meghatározható jellemzőjét, a saját perdületét vagyis a spinjét.

A galaxisunk középpontjában egy hatalmas szupermasszív fekete lyuk rejtőzik Forrás: NASA/JPL-CALTECH

Egy fekete lyuk művészi ábrája  Fotó:  Scientific American

Az S301 rendkívüli közelsége a Sagittarius A*-hoz ugyanis lehetőséget ad a fekete lyukak egyik legnehezebben meghatározható jellemzőjének, a sajátperdületnek vagy saját-impulzusmomentumnak, azaz a spinnek a megmérésére, ami nagyban elősegítheti a fekete lyukak fizikájának jobb megértését.

A spin a kvantummechanikai részecskék perdületének egyik összetevője. A másik összetevő a pályaperdület ami a klasszikus fizikából ismert perdület vagy impulzusnyomaték, azaz egy test forgási mozgásállapotát jellemző vektormennyiség kvantummechanikai megfelelője és ami a részecskék térbeli forgó mozgását jellemzi. A spin független a részecskék térbeli mozgásától, aminek a klasszikus mechanikában nincs is megfelelője.

Az S301 jelű új csillagot a GRAVITY+ együttműködés kutatási projekt fedezte fel, amely az Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Teleszkópjának (VTL) interferométerét használja a szabad szemmel láthatónál 4 milliárdszor halványabb objektumok vizsgálatára. A csillag körülbelül 50 százalékkal nagyobb mint a Nap. 

A Tejútrendszer közpomti vidéke a Saggitariusban   Fotó: NASA/JPL-Caltech

Először egy 2023-ban készült felvételen figyeltek fel a különleges objektumra. A csillag 8,7 éves keringési idejének, illetve a pályájának feltérképezéséhez a csillagászok két egymást követő év megfigyelési adatait kombinálták a 2017-ig visszamenőleg gyűjtött adatok összevetésével.

Ez lehet a legjobb jelölt

Az S301 egy rendkívül megnyújtott excentrikus pályán kering, amelynek a legközelebbi pontján mindössze 1,7 milliárd kilométer távolságra van a Sagittarius A*-tól, alig messzebb, mint a Szaturnusz és a Nap közötti távolság. 

Ezen a távolságon a fekete lyuk forgásának következtében idővel finoman meg kellene változnia a csillag pályájának. 

Az S301 pályájának éveken át tartó nyomon követésével a tudósok végül elegendő adattal fognak rendelkezni ahhoz, hgy meghatározhassák a szupermasszív fekete lyuk perdületét – mondja Stefan Gillessen. 

A VLT interferométerét több éven keresztül használva fedezték fel az S301-t, amely 1,7 milliárd kilométerre találhatóa Sagittarius A*-tól                                                                                                                                                Fotó: GRAVITY collaboration/ESO

A galaxis közepén fekvő szupermasszív fekete lyukhoz relatíve közel fekvő csillagok pályájának vizsgálata már hozzásegítette a tudósokat a Sagittarius A* tömegének kiszámításához, ami körülbelül 4 milliószorosa a Nap tömegének, de a spin megméréséhez ezeknél egy sokkal közelebbi csillagra volt szükség, amire most az S301 látszik a legmegfelelőbb jelöltnek. 

             A csillagászok úgy vélik, hogy a Sagittarius A* forog, ami finoman eltorzítja az S301 pályáját                                  Fotó: L. Calçada/GRAVITY collaboration/ESO

A kutatókat azért érdekli a fekete lyukak spinjeinek behatóbb vizsgálata, mert ez elősegítheti a fekete lyukak növekedésének a jobb megértését.

Küszöbön állhat egy nagy és izgalmas kérdés megválaszolása

A gyors forgás arra utal, hogy a fekete lyuk rendszeresen anyagot kebelez be magába a környezetéből – mondja Laura Brenneman, a massachusettsi Cambridge-i Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ asztrofizikusa, aki nem vett részt a tanulmányban. A lassabb forgás viszont azt mutatja, hogy egy kaotikusabb környezet táplálja a fekete lyukat. 

Egy másik galaxis központja, az inzertben az ott lévő szuper-nagy fekete lyuk környezetének képével  Fotó: NASA/ESA/CSA

Nagyon nagy tömegű vagy szupermasszív fekete lyukaknak azokat a fekete lyukakat nevezik, amelyek tömege százezer és tízmilliárd naptömeg között van. Az új kutatások szerint a legtöbb galaxis magjában egy -egy szupermasszív fekete lyuk található.

A fekete lyukakat szokás az anyag, illetve a téridő elfajult állapotaként is emlegetni. A fekete lyuk a jelenleg érvényes definíció szerint a téridő olyan tartománya, ahol mindent felülír az erős gravitáció, ezért a fekete lyuk eseményhorizontján túlról sem a fény, sem pedig más információ nem tud kiszabadulni. A fekete lyuk azonban nem valódi égitest, mivel nincs belső szerkezete, kifelé pedig csak a tömege, a töltése és a perdülete nyilvánul meg.

A csillagászok úgy gondolják, hogy a forgás sebessége befolyásolja a fekete lyuk kifújását és szeleit is, éppen ezért a spin tanulmányozása hasznos lehet a fekete lyuknak a galaxisa környezetére gyakorolt hatásainak a megértésében. 

A Sagittarius A* a galaxis középpontjában (az Eseményhorizont Távcső felvétele)   Fotó: Wikimedia Commons

Egy fekete lyuk spinjét közvetve is meg lehet mérni a fekete lyukak közelében lévő gázok által kibocsátott röntgensugarak és két fekete lyuk ütközésekor keletkező gravitációs hullámok tanulmányozásával. Ezek a módszerek azonban messze nem tökéletesek, mivel modellezést és hipotetikus feltételezéseket is igényelnek, ami miatt vitatott lehet, hogy helyes-e a spin így kapott értéke.

Két fekete lyuk ütközésének és a keletkező gravitációs hullámoknak a művészi ábrája   Fotó: NASA/Caltech/R. Hurt (IPAC)

 „Véleményem szerint ezek viszonylag jó mérések, csak közvetettek” – mondja Christopher Reynolds, a Marylandi Egyetem csillagásza, aki nem vett részt a tanulmányban.

A fekete lyukak spinjét is Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg   Fotó: Wikimedia Commons

 „Ez [a csillag] viszont lehetőséget ad arra, hogy sokkal közvetlenebb méréseket végezzünk” -fűzi hozzá Christopher Reynolds. A Tejútrendszer középpontjában fekvő szupermasszív fekete lyuk spinjének a pontos meghatározása azonban túlmutat még az előzőeken is. 

A fekete lyuk spinjét ugyanis Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg, 

így a spin esetleges hiánya vagy az elmélet által körvonalazott maximális határértéket meghaladó spin egyaránt komoly kihívást jelenthet az asztrofizikusok számára, bár a tudósok - egyelőre - nem erre számítanak.

A Nature szakfolyóiratban 2026. augusztus 19-én publikált tanulmányt teljes terjedelmében és angol nyelven itt lehet elolvasni.

Az újonnan felfedezett S301 jelű csillag:

• A Tejútrendszer magjában lévő szupermasszív fekete lyukhoz legközelebb jutó,
• és a Sagittarius A* -t 1,7 milliárd kilométerre megközelítő objektumként,
• pillanatnyilag a legjobb jelölt a fekete lyuk egyik legnehezebben meghatározható jellemzője,
• a spinje megmérésére.