Az eredetileg változócsillagnak gondolt BL Lacertae valójában egy hatalmas plazmanyaláb (jet), amely éppen a Föld felé irányul. Ezt a plazmát, amely közel fénysebességgel száguld felénk, egy szupernagy tömegű fekete lyuk táplálja, amelynek tömege a Nap tömegének 170 milliárdszorosa. Ez az úgynevezett blazár mindig erőteljes felfényesedéseket produkál, de 2020-ban egy drámai kitörésen ment keresztül, és a szokásosnál több mint tízszer fényesebb lett.

Szerencsére az eseménynek volt szemtanúja. Svetlana Jorstad (Bostoni Egyetem) és munkatársai a WEBT teleszkóppal (Whole Earth Blazar Telescope) látható és rádió tartományban, a Fermi-űrtávcsővel pedig gamma-tartományban vizsgálják a BL Lacertae-hez hasonló blazárokat. A kutatóknak ezekkel a műszerekkel sikerült látható és gamma-tartományban is megfigyelniük a felfénylést. Ahogy arról a Nature című folyóiratban később be is számoltak, a kitörésben valami egészen lenyűgöző jelenséget is találtak: egy ismétlődő jelet.

Nem, nem földönkívüliek üzentek… Ez a 14 impulzus, amely két hét alatt nagyjából 13 óránként jelentkezett, valójában úgynevezett kváziperiodikus oszcillációk (QPO-k) sorozata volt. Ezek nem teljesen szabályosak, és a magyarázatuk is sokkal unalmasabb… Az azonban nem volt azonnal tiszta, hogy pontosan honnan származnak.

Más gázpusztító, szupernagy tömegű fekete lyukak esetében, amelyek plazmanyalábja nem pontosan felénk irányul, a kváziperiodikus oszcillációk egy olyan forró anyagfoltból erednek, amely spirálvonalban közelít a fekete lyuk felé. A BL Lacertae esetében azonban úgy tűnik, hogy a sugárzás nem a fekete lyukat körülvevő hatalmas korongból származik, hanem abból a vékony nyalábból, amely a fekete lyuk pólusából mutat kifelé.

A kutatók a fény polarizációjának változásai alapján jutottak erre a következtetésre. Azt vizsgálták, hogy a fény mekkora része polarizált, vagyis rezeg egy bizonyos irányban. A polarizáció a fény történetéről árulkodik. A napfény például nem polarizált, de a visszavert fény az (ezért szűrik ki a polarizált fényt egyes napszemüvegek, csökkentve a tükröződést). A blazárok esetében a fekete lyuk körüli korong által kibocsátott sugárzás nem polarizált, de a nyaláb által kibocsátott fény már az.

Jorstad szerint az, hogy a BL Lacertae 14 impulzusa egybeesik a polarizáció változásaival, kulcsfontosságú a periodikus jel forrásának azonosításához: a jel az anyagáramból jön, nem a korongból.

Az illusztráció felső részén látjuk a fekete lyukat körülvevő korongot (piros). A fekete lyuk egy plazmanyalábot táplál, amelynek spirálvonalú mágneses erővonalait kékkel jelölték. A plazmarészecsék, amelyek ezen a rajzon nem látszanak, lefelé száguldanak a nyalábban, követve a mágneses erővonalakat. (Forrás: Iris Nieh)

A korong rádiócsillagászati vizsgálata során fény derült az impulzusok valószínű forrására: egy csomóra az anyagáramban. Egy csomó komoly változást idézhet elő egy sugárnyaláb fényességében, mivel abban az anyag olyan gyorsan mozog, hogy belépnek a játékba a relativitáselmélet törvényei is. Számtalan szubatomi részecske száguld benne látóirányunk felé közel fénysebességgel, így amikor sugárzást bocsátanak ki, a fényesség jelentősen megnő.

De változzon csak egy kicsit a szög, és a fényesség jelentősen lecsökken vagy megnő. „Ahogy az anyagáram részecskéi áthaladnak a csomón, a fényesség ide–oda változik, ez okozza a kváziperiodikus oszcillációkat.” – magyarázza Jorstad.

A jel eredetét kutató csillagászoknak először is a jel létezését kell igazolniuk. A nagy fekete lyukak közeléből származó ismétlődő jelek észlelése mindig problémás, figyelmeztet Matthew Middleton (University of Southampton), aki nem vett részt a kutatásban. Phil Uttley (University of Amsterdam) pedig, aki szintén nem tagja a kutatócsoportnak, emlékeztet, hogy a jel hátterének megértése kulcsfontosságú.

„Úgy gondolom, hogy hosszútávú változásokat mutató háttér mellett egy ilyen variabilitás feltárása nagy kihívást jelent, és nem lehetünk biztosak a jelenség természetében.” – mondja Uttley. „Ebben a tanulmányban egy bizonyos módon próbálják magyarázni a variabilitást, de olyan alapfeltevések mellett, amelyek erre az aktív galaxismagra nem biztos, hogy pontosan állnak. Azt hiszem tehát, hogy úgy igazságos fogalmazni, hogy a felfedezés érdekes, de még nem magyarázott.”

A kutatócsoport tagja, Alan Marscher (Boston University) szerint még ha a változó fényességet a „zaj” okozza is, akkor is fizikai okokat kell találnunk, például a mágneses mező erősségének változásait vagy a részecskesűrűség változásait. „A fényességváltozásokra meg kell próbálnunk fizikai magyarázatot találni, és erre tesz kísérletet a csomóval kapcsolatos modellünk.” – mondja.

Middleton szerint, ha a kváziperiodikus oszcilláció valóban ott van, akkor ésszerű magyarázat, hogy a sugárnyalábból származik. Korábban már kifejtette, hogy sok szupernagy tömegű fekete lyuk környékén talált kváziperiodikus oszcilláció nem a korongból származik, hanem a forró, röntgensugárzó gázból, amely a belső korong fölött lebeg, vagyis a koronából. „Népszerű elmélet, hogy a koronából indul a sugárnyaláb.” – magyarázza. „És számos módja van annak, hogy a kváziperiodikus oszcillációk jele bejusson azokba a tartományokba, ahol a sugárnyaláb fényes.”

Forrás: Sky&Telescope