Új rekorder nyerte el a Földhöz legközelebbi ismert fekete lyuk kitüntető címét. A csillagászok egy új módszer segítségével, az Európai Űrügynökség (European Space Agency – ESA) Gaia asztrometriai űrtávcsövének adatai alapján azonosították a tőlünk kevesebb mint 1600 fényévre lévő égitestet, valamint meghatározták annak tömegét is. A fekete lyuk egy Naphoz hasonló csillag körül kering, és a csillagot hosszú időn keresztül megfigyelve sikerült rábukkanni.

Fantáziarajz egy fekete lyukról és a körülötte kialakult anyagbefogási korongról. A korong látszólagos alakját a fekete lyuk erős gravitációs terében meggörbített fénysugarak miatt látjuk torzítottan. Így fordulhat elő, hogy a korong fekete lyuk mögötti részének egyszerre mindkét lapjára ráláthatunk. Forrás: ESA/XMM-Newton/I. de la Calle.

A fekete lyukakat a legismertebb jellegzetességük – azaz hogy feketék – miatt nem könnyű észlelni. Ezek olyan erős gravitációjú képződmények, amelyekből semmi, még a fény sem juthat ki. Ám azt bizonyosan tudjuk, hogy fekete lyukak léteznek. Mint ahogy tudjuk azt is, hogy egy bizonyos alcsoportjuk, a Nap tömegének néhányszorosát kitevő csillagtömegű fekete lyukak a nagytömegű csillagok fejlődésének végállomását jelentik. Saját galaxisunkban, a Tejútrendszerben a becslések szerint nagyságrendileg százmillió csillagtömegű fekete lyuk lehet, ám ezeknek csak egy kicsiny töredékét ismerjük. A Tejútrendszeren kívül is ismerünk mintegy száz hasonló objektumot, ezeket az általuk keltett gravitációs hullámok fedték fel, és árulkodtak a tömegükről.

A távcsövekkel megfigyelt néhány tucatnyi galaktikus csillagtömegű fekete lyukak többsége egy kísérőcsillag körül kering, kellően közel ahhoz, hogy társától hidrogént szippantson el. Az így zsákmányolt gáz anyagbefogási korongot alkot a fekete lyuk körül, ahol befelé spirálozva rendkívül felforrósodik, és röntgensugárzást bocsát ki. Ilyen röntgenkettősből ötven jelölt mellett mintegy húszat ismerünk bizonyosan.

A röntgenkettősök mellett több kísérletet is tettek már a csillagászok arra, hogy „csendes” fekete lyukakat találjanak, olyan képződményeket, amelyek körül nincs röntgensugárzó anyagkorong. Ám ilyenekre is csak kettőscsillag-rendszerek esetében van esély, hiszen a fekete lyukat csak a kísérőjére gyakorolt közvetett hatása révén tudjuk kimutatni. Az elmúlt néhány év során spektroszkópiai módszerekkel több ilyen rendszert is felfedezni véltek a csillagászok. Ugyanakkor egy kivételével az összes ilyen felfedezést megcáfolták már az ellenőrző mérések. Ennek a sok kudarcnak az az oka, hogy spektroszkópiailag a mozgásnak csak egy vetülete mérhető. A hiányzó információ alapvető bizonytalanságot visz a számításokba. Ám éppen ebben tud segíteni a Gaia űrobszervatórium.

A Gaia feladata a csillagok pozíciójának nagyon pontos meghatározása éveken át, több időpontban. Így kimutatható lehet a sötét kísérő körül látszólag magányosan keringő csillagok pályája. Ám az ilyen kettősök részaránya az összes kettőscsillag között elenyésző. Ezért fontos a pontossága mellett a Gaia hatalmas mintanagysága is. Több mint százezer kettős rendszer között kitartó munkával már megtalálhatják a csillagászok a tűt a szénakazalban. A Gaia 3. kiadású adatbázisában (Gaia DR3) több mint 168 ezer kettőscsillag keringési adatai szerepelnek. Ezeket az adatokat vizsgálta át részletesen Kareem El-Bardy, a németországi Max Planck Csillagászati Intézet, valamint az Amerikai Egyesült Államokban működő Harvard Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársa, míg végül hat ígéretes rendszerre szűkítette a kört.

A hat jelölt közül további archív adatok alapján négy kizárható volt, a maradék kettő közül az egyik vizsgálata pedig még folyamatban van. A hatodik pedig a Gaia BH1 névre keresztelt rendszer. Erről az egyről bebizonyosodott, hogy a Gaia által megfigyelt csillag valóban egy fekete lyuk körül kering.

A Gaia BH1 különböző nagyítások mellett. Bal oldali panel: a fénylő csillag és 45 ívmásodperces környezete. Középső panel: a kevesebb mint 6 milliívmásodperc látszó átmérőjű csillagpálya a középen megbújó, láthatatlan fekete lyuk körül. Jobb oldali panel: fantáziarajz a fekete lyukról, a kötői szabadság jegyében, illetve a jobb láthatóság érdekében odaképzelt, relativisztikus hatások által torzított megjelenésű, fénylő anyagkoronggal. Forrás: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (K. C. Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC (CC BY-SA 3.0 IGO).

A Napunkhoz hasonló szokványos csillag egy 10 naptömegű fekete lyuk párja, és a kettő 186 naponként tesz meg egy teljes kört egymás körül. A két égitest távolsága nagyjából a Nap–Föld-távolságnak felel meg, azaz egy csillagászati egység. Hogy a láthatatlan kísérő nem más, mint egy fekete lyuk, az pedig onnan tudható, hogy ha szokványos csillag lenne, akkor megfigyelt társát sokszorosan túl kellene ragyognia.

A kettős tulajdonságai elég meglepőek. A csillagászok nem tudják megmagyarázni, miképp jöhetett létre egy ilyen csillagpáros. A fekete lyuk szülőcsillagának eredetileg legalább 20 naptömegűnek kellett lennie, élettartama pedig mindössze néhány millió év volt. Ennyi idő alatt törpe kísérője létre sem jöhetett volna, illetve még formálódása alatt el kellett volna nyelnie őt a szuperóriássá fúvódó nagytestvérének. A csillagászoknak több elképzelésük is van arról, hogy mindez hogyan történhetett meg, de ezek mindegyike további vizsgálatokat igényel.

A Gaia küldetésének fő célja a csillagok távolságának megállapítása, így pontosan tudjuk azt is, hogy ez a rendszer tőlünk mindössze 1560 fényévre található, vagyis a korábbi rekordot megfelezve ez messze a legközelebbi ismert fekete lyuk. Közelségére tekintettel statisztikailag nagyon valószínűnek tűnik, hogy hasonló rendszerből még rengeteg vár felfedezésre a galaxisunkban, a csillagászok ezért bíznak benne, hogy az új módszerükkel sok további fekete lyukat fognak még találni.

Forrás: Max–Planck–Gesellschaft