Időnként egy nagy tömegű fekete lyuk az oldalára fordul, legalábbis így látszik a fekete lyukak által táplált részecskenyalábok röntgen- és rádiócsillagászati megfigyelései alapján.

Az NGC 5044 jelű galaxishalmaz központi galaxisában található szupernagy tömegű fekete lyuk (x-el jelölve) egy hatalmas részecskenyalábot lövell ki. A plazmasugár iránya rádió tartományban látszik (ld. kiemelés). Röntgen tartományban (kék színnel) azonban látható egy teljesen más irányba mutató korábbi anyagsugár által fújt buborék is (vörös ellipszisek). (Röntgen: NASA / CXC / Univ. of Bologna / F. Ubertosi; Rádió: NSF / NRAO / VLBA; Széles látómezejű felvétel: Látható/infravörös: Univ. of Hawaii / Pan-STARRS; Képfeldolgozás: NASA / CXC / SAO / N. Wolk)

A szupernagy tömegű fekete lyukak gravitációs ereje akkora, mint több millió vagy akár több milliárd Napé, és képesek olyan gyorsan kilövellni a plazmát, hogy az akár el is hagyhatja a galaxisukat. Ezek a részecskenyalábok (jetek) a fekete lyukak pólusaiból lövellnek ki, és több millió fényévet átszelve hatolnak be az intergalaktikus térbe.

Ezek az erőteljes jetek hosszú életűnek tűnhetnek, pedig nem azok: idővel lekapcsolnak, és korábbi erejüknek csupán a visszhangját hagyják maguk után. Egy több galaxiscsoport adatait feldolgozó összehasonlító tanulmány ezekkel az ősi nyomokkal foglalkozik. Kiderült, hogy a szupernagy tömegű fekete lyukak meglepően gyorsan változhatnak, és teljesen más irányba is fordíthatják a sugárnyalábjukat.

A galaxisokat forró gázhaló veszi körül, ami a nagy ütemű csillagképződés időszakaiban és a szupernóva-robbanások során alakul ki. Egy galaxiscsoport esetében ez a forró gáz jellemzően az egész rendszert beburkolja. A jetek keresztülsöpörnek ezen a gázon, és nagyrészt üres buborékokat hagynak maguk után. Ezek a buborékok később „felemelkednek”: a felhajtóerő fokozatosan elszállítja őket a galaxistól.

A plazma által felfújt buborékok a jetek aktivitásáról árulkodnak. Francesco Ubertosi (Bolognai Egyetem, Olaszország) és munkatársai a Chandra röntgenobszervatórium segítségével 16 galaxiscsoport és -halmaz adatait hasonlították össze az új-mexikói VLBA (Very Long Baseline Array) antennarendszer segítségével a jelenlegi részecskenyalábokról rögzített rádiócsillagászati adatokkal. Kutatásuk eredményeiről a The Astrophysical Journal című lapban számoltak be.

„Célpontjainkat a halmaz forró gáza veszi körül, a halmazközi anyag, ahol a jetek lenyomata a gázban lévő hiányként, lyukakként látható.” – mondta Ubertosi.

A kutatók észrevették, hogy a részecskenyalábok egy részének megváltozott az iránya, és nem is kevéssel. Ezekben az esetekben a jelenleg látható anyagsugár teljesen más irányba mutat, mint a korábbi után megmaradt nyom. Ez pedig jelez valamit: a hatalmas fekete lyukak saját forgástengelye is megváltozhat meglepően rövid idő alatt.

A jelenlegi jetek irányának meghatározása viszonylag egyszerű. Ezeket mágneses tér veszi körül, egyenesek és keskenyek, legalábbis addig, amíg bele nem szántanak a galaxist körülvevő gázba. Egy ősi részecskenyaláb irányának meghatározása azonban már más kérdés. Az általuk létrehozott buborékok a kialakulásuk után eltolódhatnak, de el is távolodhatnak a galaxistól.

A kutatóknak figyelembe kell venniük a projekciós hatásokat is. Ha végignézünk egy jeten, akkor annak vonala és a mellette megjelenő ősi buborékokhoz vezető vonal közötti szög nagyobbnak tűnhet, mint valójában. A kutatók ezeket a projekciós hatásokat többféle módon igyekeztek enyhíteni, többek között azáltal, hogy csak olyan galaxiscsoportokkal foglalkoztak, amelyekben a jetek a látóirányunktól eltérő irányba haladtak.

A vizsgált 16 rendszerből négyről derült ki, hogy a jelenlegi plazmanyaláb iránya legalább 45 fokos szögben tér el a galaxisban valaha létezett jetek által létrehozott összes buborék irányától. A vizsgált jet–buborék párosok nagyjából egyharmada mutat ilyen eltéréseket. Meglepően sok esetben a jetek iránya szinte teljesen merőleges az ősi buborékok irányára. (Az olyan befolyásoló tényezők miatt, mint az oldalirányú sodródás és a projekciós hatások, a kutatók csak az erősen megváltozott szögeket tudták érzékelni.)

„Ez a tanulmány képes számszerűsíteni az eltolódásokat és pontosabban számításba veszi a környezeti hatásokat, mint a korábbiak.” – mondja Preeti Kharb (Tata Institute of Fundamental Research), aki ebben a kutatásban nem vett részt, de korábban már vizsgálta a jelenséget. „Emiatt olyan izgalmas és nagy hatású ez a vizsgálat.”

Az NGC 5044-hez hasonló Abell 478 galaxishalmazban is található egy jetet kibocsátó, szupernagy tömegű fekete lyuk. Bár az itt látható buborékok kisebbnek látszanak, ezek is arra utalnak, hogy a korábbi részecskenyalábok más irányba mutattak, nem arra, amerre a rádiótartományban látható jelenlegi jet (ld. kiemelés). (Röntgen: NASA / CXC / Univ. of Bologna / F. Ubertosi; Rádió a kiemelésben: NSF / NRAO / VLBA; Nagy látómezejű kép, optikai/infravörös: Univ. of Hawaii / Pan-STARRS; Képfeldolgozás: NASA / CXC / SAO / N. Wolk)

Vajon mi késztethet arra egy több millió Nap tömegével bíró fekete lyukat, hogy megváltoztassa a forgástengelyét, sőt akár teljesen az oldalára is forduljon? A fekete lyukak forgástengelye precesszálhat, akár egy búgócsigáé, de ez a kilengés mindig kicsi. A kutatók kizárták annak a lehetőségét, hogy intergalaktikus szelek vagy más környezeti hatások mozdították el az ősi jetek által keltett buborékokat. Úgy gondolják, hogy inkább a fekete lyuk táplálkozási szokásaiban történt változás, így a fekete lyukba hulló gáz mennyiségében vagy irányában. Egyes esetekben ez akár egymillió év alatt is végbemehet, ami csillagászati szempontból csupán egy pillanat.

Ubertosi és munkatársai elismerik, hogy tanulmányuk nem ad kimerítő magyarázatot a jet irányának megváltozására, mivel ezek a változások túl nagyszabásúak, és túl gyorsan mentek végbe. Kharb azonban megjegyzi, hogy a fekete lyukak tipikus táplálkozási sebességének és időtartamának meghatározása közismerten nehéz feladat. „Talán a jövő hozza el a válaszokat jobb modellekkel, szimulációkkal és megfigyelésekkel.” – fogalmazott.

Forrás: Sky & Telescope