Amikor két galaxis összeütközik, az esemény nagy változásokat idéz elő a galaxiskörnyezetben: csillagképződési kitöréseket vált ki, hatással van a gáz áramlására és az összeolvadt galaxis központjában végül egyesülő szupernagy tömegű fekete lyukakra.

A csillagászok szeretnék tudni, hogyan spiráloznak egymás felé a fekete lyukak, mert ezek az egyesülések hatással vannak a galaxisok fejlődésére is. Míg azonban a közelben számos feketelyuk-kettőst találtunk már, a távolabbi párosok eddig rejtve maradtak.

Művészi illusztráció egy aktív galaxismag-kettősről.
(Forrás: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / M. Zamani, J. da Silva)

Yu-Ching Chen (University of Illinois) és munkatársai a Nature című szaklapban jelentették be a legtávolabbi szupernagy tömegű feketelyuk-kettős felfedezését, amely abból az időből származik, amikor az Univerzum még csak 3 milliárd éves volt. A felfedezés egy nagyon mozgalmas időszak, az úgynevezett „kozmikus dél” időszakában végbement galaxisfejlődésre vet fényt. Ez volt az az időszak, amikor a galaxisok kivételesen nagy intenzitással növekedtek és szültek új csillagokat.

A szupernagy tömegű fekete lyukak csak akkor bocsátanak ki fényt, ha gáz áramlik beléjük, ami felmelegszik, és a teljes elektromágneses spektrumban ragyog. Egy összeolvadás képes táplálni a fekete lyukat, ami úgynevezett aktív galaxismaggá válva nagy távolságokból is érzékelhetően fénylik. Amikor mindkét fekete lyuk aktív galaxismagként ragyog, akkor képesek lehetünk felfedezni az egyesülésüket. 

A csillagászok már körülbelül száz kettős aktív galaxismagot fedeztek fel viszonylag kis távolságra tőlünk. Ahogy azonban egyre távolabb keressük őket, úgy lesz egyre nehezebb a dolgunk. A távoli feketelyuk-kettősök olyan közel látszanak egymáshoz az égbolton, hogy nehéz őket elkülöníteni.

A kutatók az aktív galaxismagok jellegzetes felfényesedései alapján kezdték keresni a feketelyuk-kettősöket. A fekete lyukak nem táplálkoznak valami szépen, ennek következtében az általuk kibocsátott fény nem állandó. Ha két fekete lyukkal van dolgunk, akkor egy kissé elnyúlt fényfoltként látjuk őket az égen, viszont egymástól függetlenül produkálnak felfényesedéseket. Amikor az egyik aktív galaxismag felfényesedik, a fényfoltnak csak az egyik fele lesz fényesebb. Ezért lehet segítségünkre az Európai Űrügynökség Gaia-űrtávcsöve, ami rendkívüli pontossággal képes megmérni az égitestek pontos helyzetét. A kettős aktív galaxismagok nem összehangolt felfényesedéseit a Gaia úgy látja, mintha a fényfolt ide-oda mozogna.

A különlegesen fényes AGN SDSS J0749 + 2255, amelyet először a Sloan Digitális Égboltfelmérés Program keretében figyeltek meg, a kutatók szerint jó eséllyel feketelyuk-kettős lehet. Ennek bizonyítására a csillagászok rádió-, infravörös, optikai és röntgentartományban is megfigyeléseket végeztek róla.

„Az egyik felvételen torz galaxis-szerkezeteket vagy árapály-jellemzőket láttunk.” – magyarázza Chen. Az árapály-jellemzők egy korábban bekövetkezett összeolvadásról árulkodnak. Az aktív galaxismag különböző hullámhosszokon mért fényességértékei alapján nem arról van szó, hogy két egymástól független aktív galaxismag véletlenül épp egymás mellett látszik az égen, vagy arról, hogy egy gravitációsan lencsézett aktív galaxismaggal van dolgunk.

A rendszer két fekete lyuka pusztán 10 ezer fényévre van egymástól. (Összehasonlításképpen: a Naprendszer 26 ezer fényévre van a galaxis központjától.) A tömegük hasonló, mindkettő 1,5 milliárd naptömegű. A kutatók becslései szerint a kettősnek még néhány százmillió évig kell egymás felé spiráloznia.

Cristina Spingola (INAF) úgy kommentálta a felfedezést, hogy a cikk szerzői „egyértelmű módszert dolgoztak ki a jelöltek létezésének megerősítésére”, emellett hozzátette, hogy az ilyen több hullámhosszú megfigyelések bár nagyon drágák, a galaxisok fejlődésének megértéséhez elengedhetetlenek. 

Chen és munkatársai még nem végeztek ezzel a rendszerrel. Nemsokára a James Webb-űrtávcsővel fogják feltérképezni az összeolvadó galaxisokban lévő gáz mozgását, hogy még többet tudjunk meg a hasonló környezetekben kialakuló csillagok születéséről.

Bár a szupernagy tömegű fekete lyukak kettősének felfedezése nagyon izgalmas, általános problémákat egyáltalán nem old meg. A kutatók nagyobb mintát szeretnének vizsgálni, hogy megbecsülhessék, mennyi aktív galaxismag állt párba a kozmikus dél időszakában, valamint hogy összehasonlítsák a számokat a kozmológiai modellekkel, és pontosíthassák a galaxisok fejlődésével kapcsolatos elméleteket. 

Szerencsére a kozmikus dél időszaka tele van fényes aktív galaxismagokkal, így sok szupernagy tömegű fekete lyuk kettőse várhat még felfedezésre. „Nagyon várjuk a Roman-űrtávcsövet.” – mondja Chen. „Arra számítunk, hogy több száz vagy több ezer olyan rendszert találunk még, mint amiről ebben a cikkben beszámoltunk.” A Roman-teleszkóp, a jövőbeni rádiótávcsövek (mint az SKA – Square Kilometer Array) és a gravitációshullám-obszervatóriumok (mint a LISA) segíthetnek majd a kutatóknak az összeolvadás különböző pillanataiban vizsgálni az egyes korszakok feketelyuk-kettőseit.

Forrás: Sky & Telescope