Egy csillagászcsoport felfedezte, hogy egy korábban csendes fekete lyuk, ami egy tőlünk nagyjából 800 millió fényévre lévő galaxis központjában található, egyszer csak kitört, és 8,5 naponként gázcsóvákat bocsát ki magából. Ilyen periodikus csuklást nem láttunk még fekete lyukaknál. A szakemberek szerint a kitörések egy másik, kisebb fekete lyukkal magyarázhatók, amely a központi, szupernagy tömegű fekete lyuk körül kering.

Folyamatosan „csukló” fekete lyukat találtak a kutatók, amely gázcsóvákat bocsát ki magából. Az elemzés során kiderült, hogy egy apró fekete lyuk töri át magát minden alkalommal nagyobb társa gázkorongján: ennek köszönhetőek a gázcsóvák. A fekete lyuk fölött és alatt látható narancsszínű kúpok az égitest erőteljes mágneses terét mutatják, itt vezetődnek el a gázok. Minden alkalommal, amikor a kisebb fekete lyuk áthalad a korongon, újabb gázcsóva indul útjára. (Jose-Luis Olivares, MIT)

A kutatók a Science Advances című lapban számoltak be az eredményekről. Elméletük megkérdőjelezi a fekete lyukak akkréciós korongjáról alkotott hagyományos képünket, mely szerint  viszonylag egynemű gázkorong kering a fekete lyukak körül. Az új eredmények arra utalnak, hogy az akkréciós korongok összetétele eltérő lehet, és tartalmazhatnak még több fekete lyukat vagy akár csillagokat is.

Egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő közepes tömegű fekete lyuk számítógépes szimulációján láthatóak az időszakos gázcsóvák, amelyek magyarázhatják a megfigyeléseket. (Petra Sukova, Astronomical Institute of the CAS)

A kutatócsoport az ASAS-SN hálózat 20 robottávcsőből álló rendszerének adataiból dolgozott. A hálózat egyes távcsövei az északi és a déli félteke különböző pontjain helyezkednek el. Szupernóvák és más tranziens jelenségek után kutatva naponta egyszer átvizsgálják az egész égboltot. A távcsőhálózat 2020 decemberében kitörést észlelt egy nagyjából 800 millió fényévre lévő galaxisban. A körülbelül ezerszeres felfényesedést Dheeraj Pasham, a tanulmány vezető szerzője észlelte. Úgy döntött, hogy a NASA NICER röntgentávcsövével vizsgálja meg az eseményt. Szerencséje volt, mert közeledett annak az egyéves periódusnak a vége, amelyben lehetősége volt használni a távcsövet.

Pasham úgy állította be a NICER-t, hogy megfigyelhette a körülbelül négy hónapig tartó kitörést. Ezalatt az időszak alatt a műszer minden nap rögzítette a távoli galaxis röntgen-kibocsátását. Az adatok elemzésekor a kutató érdekes mintázatra lett figyelmes: a négy hónapos kitörés során a röntgentartomány egy nagyon keskeny sávjában apró fényességcsökkenéseket fedezett fel, amelyek 8,5 naponta követték egymást.

A rögzített jel hasonló volt ahhoz, mint amit akkor látunk, amikor egy bolygó elhalad a csillaga előtt, és rövid időre eltakarja felszínének egy részét. Nincs azonban olyan csillag, amely képes lenne egy egész galaxis fényét kitakarni.

Miközben magyarázatot keresett a jelenségre, a kezébe került egy friss tanulmány, amit cseh elméleti fizikusok írtak. A szakcikk szerint elméletileg lehetséges, hogy egy galaxis központi szupernagy tömegű fekete lyuka otthont adjon egy másik, sokkal kisebb fekete lyuknak. A kisebb égitest a nagyobb fekete lyuk akkréciós korongjától eltérő szögben keringhet, és rendszeres időközönként áthaladhat rajta, mint egy méh egy pollenfelhőn. A fekete lyuk két oldalán uralkodó mágneses terek pedig elvezetik az áthaladáskor kicsapó felhőt. Amikor a kisebb fekete lyuk áthalad a korongon, minden alkalommal gázcsóvát látunk. Ha a gázcsóva a látóirányunk felé csap ki, azt tapasztaljuk, hogy lecsökken a galaxis fényessége, mintha rendszeres időközönként valami kitakarná azt.

„Nagyon izgalmasnak találtam ezt az elméletet. Azonnal írtam nekik, hogy mi pontosan azt észleltük, amit az elméletük megjósolt.” – mondta Pasham.

A cseh szakemberekkel közösen szimulációkat futtatott le a NICER megfigyelésein. Az eredmények alátámasztották az elméletet: a megfigyelt kitörés egy másik, kisebb fekete lyuknak lehet köszönhető, amely egy központi fekete lyuk körül kering, és rendszeresen áthatol annak korongján.

A galaxis viszonylag csendes volt 2020 decembere előtt. A becslések szerint a központi szupernagy tömegű fekete lyuk 50 millió naptömegű lehet. A kitörést megelőzően egy halvány, diffúz akkréciós koronggal rendelkezett, és a kisebb, 100–10000 naptömegű fekete lyuk viszonylag rejtve keringett körülötte.

A kutatók szerint 2020 decemberében egy harmadik égitest – valószínűleg egy csillag – túl közel merészkedett a rendszerhez, és a szupernagy tömegű fekete lyuk gravitációja szétszaggatta: ezt a jelenséget nevezik a csillagászok árapály-katasztrófának. A hirtelen berántott csillaganyag egy rövid időre felfényesítette a fekete lyuk akkréciós korongját, amelyen spirálvonalban elindult a monstrum felé. A fekete lyuk négy hónapon át emésztette a csillag törmelékét, miközben a kisebb fekete lyuk továbbra is körülötte keringett. Ahogy áthaladt a korongon, a korábbinál jóval nagyobb gázcsóvát szabadított el, amit aztán a NICER észlelt.

A kutatók több szimulációt is futtattak a rendszeres fényességcsökkenésekre. Az eredmények szerint egyfajta Dávid és Góliát rendszerről van szó, amelyben egy kisebb, közepes tömegű fekete lyuk kering szupernagy tömegű társa körül.

„Ez remek példa arra, hogyan használható egy szétrobbantott csillag törmeléke egy olyan galaxismag megvilágítására, amely máskülönben sötét maradna. Mintha fluoreszkáló festékkel keresnénk meg egy csőben a szivárgás helyét.” – mondta Richard Saxton madridi csillagász, aki nem vett részt a kutatásban. „Az eredmények azt mutatják, hogy a galaxismagok gyakran tartalmazhatnak szupernagy tömegű kettős fekete lyukakat, ami izgalmas fejlemény a gravitációs hullámok jövőbeni vizsgálatának szempontjából.”

Forrás: MIT