Univerzum: eszeveszett sebességgel száguld a kozmikus térben egy elszabadult szupermasszív fekete lyuk

A Hubble űrtávcső egy olyan, a saját csillagrendszeréből kilökődött szupermasszív fekete lyukat azonosított, amely szédítő sebességgel halad az intergalaktikus térben és csillagokból álló nyomot hagy maga után – jelentette be az amerikai űrkutatási szervezet, a NASA. Az univerzum legfurcsább objektumai, a fekete lyukak fizikai jellemzői csak részben határozhatóak meg, ezért például azt, hogy mi lehet az eseményhorizonton túl a fekete lyuk belsejében, már csak találgatni tudjuk. A nagyon nagy tömegű, úgynevezett szupermasszív fekete lyukak jellemzően a galaxisok magjában rejtőznek. Ezért is számít egyedülállóan különlegesnek a mostani felfedezés, a galaxisok közötti kozmikus térben extrém nagy sebességgel száguldó szupermasszív fekete lyukról.

A galaxisából kilökődött szupermasszív fekete lyuk művészi ábrája Forrás: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

      Az M87 elliptikus galaxis jó példa a galaxismagban lévő fekete lyuk akkréciós koronggjáról kilövődő relativisztikus jelre                 Fotó: NASA and The Hubble Heritage Team

Ehhez foghatót, mint a most felfedezett és az intergalaktikus térben száguldó szupermasszív fekete lyukat még sohasem láttak korábban a csillagászok; a jelenséget a Hubble űrtávcső örökített meg, méghozzá teljesen véletlenül – áll a NASA közleményében.

Olyan keskeny anyagsáv alakult ki mögötte, amelyben új csillagok keletkeznek

„Úgy véljük, hogy egyfajta nyomot látunk a fekete lyuk mögött, ahol a gáz lehűl, és képes új csillagokat létrehozni. Tehát csillagok keletkezését figyelhetjük meg a fekete lyuk nyomában” – mondja Pieter van Dokkum, a connecticuti New Havenben található Yale Egyetem kutatója. 

„Amit látunk, az tulajdonképpen az utóhatás. Akárcsak egy hajó mögött keletkező hullámnyom, itt is a fekete lyuk mögött húzódó nyomot látjuk.”

A szupermasszív fekete lyuk kilökődését szemléltető ábra  Fotó: NAOJ

Ebben a sávban rengeteg új csillagnak kell lennie, hiszen a sáv majdnem fele olyan fényes, mint az a galaxis, amelyhez kapcsolódik-fűzi hozzá a Yale Egyetem kutatója. 

A fekete lyuk az anyagsáv egyik végén található, ami visszanyúlik egészen az anyagalaxisáig. A sáv legkülső csúcsán egy figyelemre méltóan fényes, ionizált oxigénatomokból álló gázcsomó található. 

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

A kutatók úgy vélik, hogy a fényes csomó eredete valószínűleg a fekete lyuk gázokkal ütköző mozgása által keltett lökéshullámra és az ezzel összefüggő hőhatásra vezethető vissza, vagy pedig a fekete lyuk körüli akkréciós korong sugárzása lehet. 

„A (fekete lyuk) előtt lévő gáz lökéshullámot kap a gázfelhőn keresztülhaladó objektum nagyon nagy sebessége miatt. Hogy hogyan működik pontosan ez a mechanizmus, az viszont még nem igazán ismert” – magyarázza Pieter van Dokkum.

Csillagvárosok ütközése miatt lökődhetett ki az intergalaktikus térbe

„Tiszta véletlen, hogy rábukkantunk” – hangsúlyozza a Yale Egyetem asztrofizikusa, aki a Hubble űrtávcsővel készített felvételeken éppen gömbhalmazokat keresett egy közeli törpegalaxisban.

Egy szupermasszív fekete lyuk környezete az NGC 4945 galaxis középpontjában; az inzertképen kinagyítva   Fotó: : ESO/C. Marconcini et al.

 „Ahogy végigböngésztem a Hubble felvételét, észrevettem egy kis csíkot. Rögtön arra gondoltam; »Ó, biztosan egy kozmikus sugár találta el a kamera érzékelőjét, ami egy vonalas képhibát okozott.« Amikor kiszűrtük azonban a kozmikus sugarakat, azt láttuk, hogy a jelenség továbbra is ott van. Semmi olyasmihez nem hasonlított, amit korábban már láttunk volna” -fűzi hozzá Pieter van Dokkum. 

Mivel a jelenség nagyon különösnek szímított, ezért a tudósok további spektroszkópos vizsgálatokat végztek a hawaii W. M. Keck Obszervatóriumban. 

Fekete lyuk művészi ábrája. Az eseményhorizonton túl bezáródik a téridő  Fotó: MARK A. GARLICK / SHEFFIELD UNIVERSITY

A csillagnyomot a kutatócsoport vezetője, Pieter van Dokkum „egészen elképesztőnek, nagyon-nagyon fényesnek és rendkívül szokatlannak” írta le. Ebből arra a következtetésre jutottak a kutatók, hogy egy olyan esemény nyomait látják, amely akkor keletkezett, amikor egy fekete lyuk áthaladt a gazdagalaxist körülvevő gázhalón (gázfelhőn). 

A most felfedezett intergalaktikus „rakéta” valószínűleg szupermasszív fekete lyukak többszöri ütközésének az eredménye.

Egymás körül keringő feketelyuk-kettős művészi ábrája  Fotó: Space

 A csillagászok feltételezése szerint az első két galaxis nagyjából 50 millió évvel ezelőtt olvadhatott össze. Ez a folyamat két olyan szupermasszív fekete lyukat eredményezett az összeolvadt galaxisok középpontjában, amelyek ezután kettős feketelyuk-rendszerként kezdtek el egymás körül keringeni. 

Később egy harmadik galaxis is felbukkant a rendszer közvetlen közelében amely szintén összeolvadt a két galaxis ütközéséből keletkezett csillagvárossal.

Kölcsönható, vagy összeolvadó galaxisok asztrofotója  Fotó: NASA

 Az összeolvadás miatt így már három szupermasszív fekete lyuk keringett a galaxis középpontjában, ami viszont instabil helyzetet eredményezett. A „betolakodó” harmadik fekete lyuk ugyanis perdületet „rabolt” a másik kettőstől és ennek következtében kilökődött az őt befogadó galaxisból. 

Két, már csaknem teljesen összeolvadt galaxis asztrofotója   Fotó: NASA/JPL-Caltech

Egy másik hipotézis szerint lehetséges, hogy az eredeti kettős rendszer érintetlen maradt, de az is előfordulhatott, hogy az újonnan érkező fekete lyuk elfoglalta az egyik eredeti tag helyét, kiszorítva ezzel a korábbi társat.

Valószínű, hogy ritka, de nem egyedülálló jelenség lehet ez az univerzumban

Amikor az egyedülálló fekete lyuk az egyik irányba lökődött, az eredeti feketelyuk-kettős pont az ezzel ellentétes irányba lódult meg. A gazdagalaxis túlsó oldalán megfigyelhető egy olyan jelenség, ami a tudóscsoport szerint akár a „elszökött” feketelyuk-kettős is lehet. 

Egy feketelyuk-kettős művészi ábrája   Fotó: SciTechDaily

Ezt  az a közvetett bizonyíték is megerősíteni látszik, 

hogy a galaxis magjában nem észlelhetők aktív fekete lyuk jelenlétére utaló jelek. 

A következő lépés a NASA James Webb űrtávcsövével és a Chandra röntgen-obszervatóriummal való további megfigyelések elvégzése lesz, hogy észlelési adatokkal is megerősíthessék a fekete lyukakra vonatkozó magyarázatot. 

A Roman űrtelszkóp művészi ábrája  Fotó: NASA/ESA

A NASA Nancy Grace Roman űrtávcsöve, a Hubble kiváló felbontásával, de annál sokkal szélesebb látómezővel fogja pásztázni az univerzumot. Mivel a Roman űrteleszkóp elsősorban felmérő távcsőként működik, megfigyelései révén az univerzum más részein is rábukkanhatnak ezekre a rendkívül ritka és valószínűtlen „csillagcsíkokra”. 

Pieter van Dokkum szerint ehhez azonban gépi tanulásra lehet szükség olyan algoritmusok alkalmazásával, amelyek rendkívül hatékonyan képesek kiszűrni a sajátos és szokatlan alakzatokat a csillagászati adatok hatalmas tömegéből. 

A felfedezésről szóló és a The Astrophysical Journal Letters szaklapban publikált tanulmányt itt lehet elolvasni teljes terjedelmében és angol nyelven.

A Hubble űrtávcső segítségével:

• egy olyan szupermasszív fekete lyukat fedeztek fel,
• ami szokatlan módon a galaxisokon kívüli térben száguld extrém nagy sebességgel,
• a mögötte képződött keskeny anyagfelhőben pedig új csillagok keletkeznek,
• és ami egy összeolvadó galaxisok hármas rendszeréből lökődhetett ki a csillagvárosok közötti kozmikus térbe.