Egy nagy galaxis központjában lévő szupernagy tömegű fekete lyuk két plazmanyalábja messze túlnyúlik magán a galaxison – talán még a körülötte lévő kozmikus hálóra is hatással van. A jetek körülbelül 23 millió fényév hosszúak, vagyis majdnem tízszer akkorák, mint a Tejútrendszer és az Andromeda-galaxis közötti távolság.

A rekorder rendszernek a csillagászok a Porphyrion nevet adták a görög mitológia gigásza, Porphürión után. Az óriás ráadásul nincs egyedül: a rádiósugárzó jetpárok új katalógusában több mint 11 ezer hasonlót találunk, és mindegyik több mint 2,3 millió fényév hosszú.

„Már a program előtt is ismertünk óriásjeteket, de elképzelésünk se volt arról, hogy ilyen sok van belőlük.” – mondta Martin Hardcastle (University of Hertfordshire), két releváns tanulmány társszerzője. A Porphyrion felfedezéséről a Nature folyóirat közölt tanulmányt, a témában közzétett katalógus pedig az Astronomy & Astrophysics című lapban jelent meg.

A nemrég katalogizált óriás nyalábok és kisebb társaik is szupernagy tömegű fekete lyukakból származnak, amelyek galaxisok központjában helyezkednek el, és forró gázt vagy plazmát vonzanak maguk köré. A befelé örvénylő plazma egy része két keskeny sugárnyaláb formájában megszökik. A fekete lyuk által hajtott jetek közel fénysebességgel lövellnek ki a pólusaiból. Mivel azonban ez a plazma sokkal gyorsabban mozog, mint a galaxist körülvevő gáz, éppen a sebessége okozhatja a vesztét.

Ahogy a víz felett fújó szél, úgy vet hullámokat a sugárnyaláb sűrűbb anyaga a ritkább, lassabb gázban, amely mellett elszáguld. (Ezt a jelenséget nevezzük Kelvin–Helmholtz-instabilitásnak.) Az ehhez hasonló hullámok nemcsak a földi felhőkben és óceánokban gyakoriak, de megjelennek a Szaturnusz sávjaiban és a napkoronában is. Egy több száz vagy akár több ezer fényév hosszúságú, keskeny sugárnyaláb mentén a jelenség képes lelassítani vagy teljesen meg is állítani az áramlást.

Amikor a csillagászok a LOFAR (Low-Frequency Array) rádiótávcső-hálózat adataiban fekete lyukak által táplált sugárnyalábokat kerestek, ezrével találtak óriás példányokat. Az “óriás” jelzőnek ez esetben pontos definíciója van: ezeknek a jeteknek a látszólagos hossza több mint 2,3 millió fényév. (A Porphyrion tízszer ilyen hosszú.)

Rafaël Mostert (Leiden University) és munkatársai számítógépes tanulási módszerrel katalogizálták ezeket a sugárnyalábokat, és több mint 11 ezer óriás rádiójetet találtak a LOFAR Kétméteres Felmérésének adataiban. Martijn Oei kutatócsoportja pedig a legnagyobb jetet, a Porphyriont vette górcső alá.

A LOFAR rádióteleszkóp felvétele a legnagyobb ismert feketelyuk–jet párosról, amely 23 millió fényév hosszúságú. A szupernagy tömegű fekete lyuknak otthont adó galaxis a kép közepén látható. (A nála nagyobb fényes folt a felvétel közepénél egy másik, kisebb jetrendszer.) (LOFAR Collaboration / Martijn Oei (Caltech))

„Bár a Porphyrion határozottan extrém és izgalmas eset, a sugárnyalábok hossza a galaxis kozmikus hálóban elfoglalt helyével függ össze.” – magyarázza Manel Perucho (University of Valencia), aki nem vett részt a kutatásban.

A sugárnyalábot és hatalmas galaxisát abban a korban látjuk, amikor a Világegyetem feleannyi idős és tízszer olyan sűrű volt, mint ma. A galaxist környezete azonban szokatlanul üres. Ahogy a jetek kilépnek a csillagvárosból, több millió fényévre hatolnak be a ritka itergalaktikus térbe. A Kelvin–Helmholtz hatás itt gyengébb. „Ilyen feltételek mellett biztosított egy hosszú és fantasztikus utazás.” – mondta Perucho.

A körülmények nemcsak a környezet miatt szokatlanok, de a fekete lyuk miatt is. „Az én értelmezésem szerint egy meglepően régóta fennálló és stabil akkrécióra van szükség a központi, szupernagy tömegű fekete lyuk körül, hogy a jetek ilyen hosszú ideig – nagyjából egymilliárd évig kitartsanak.” – mondja Hardcastle. Ráadásul a sugárnyaláboknak folyamatosan ugyanabba az irányba kell mutatniuk, ami azt jelenti, hogy a fekete lyuk forgástengelye az eltelt idő alatt keveset imbolygott.

Művészi illusztráció a valaha ismert leghosszabb olyan sugárnyaláb-rendszerről, amelyet fekete lyuk táplál. A Porphyrion abból az időből származik, amikor a Világegyetem alig feleannyi idős volt, mint most. (E. Wernquist/D. Nelson (IllustrisTNG Collaboration)/M. Oei)

A Porphyrion kivételes ugyan, de az óriás jetek nem azok. A kutatók szerint a katalógusban lévő gigászok száma alapján ezek a sugárnyalábok viszonylag gyakoriak a Világegyetemben. Extrém hosszuk alapján pedig az is lehet, hogy hatással vannak az Univerzum legnagyobb struktúrájára, a kozmikus hálóra.

A gáz és a sötét anyag a kozmikus háló szálai mentén összegyűlik, majd beáramlik a galaxisokba, amelyek e szálak mentén és a szálak találkozási pontjaiban növekednek. Az óriás sugárnyalábok lelassíthatták ezt az áramlást, főként a korai Világegyetemben, amikor a szálak még közelebb voltak egymáshoz.

A jet részecskéi sokkal gyorsabbak, mint az anyag, amelyen áthaladnak, ezért mindent felmelegítenek, amivel találkoznak – magyarázza Perucho. A felhevült gáz kiterjed, így átmenetileg ellenáll a galaxisok és a nagyobb szálak gravitációs erejének. „Így aztán azok a gázrészecskék, amelyekre a jet hatott, hosszabb ideig maradnak a galaxisközi térben.” Oei csapatának számításai szerint a Porphyrion sugárnyalábjai elég erősek ahhoz, hogy felmelegítsék és kitágítsák a kozmikus háló szálait.

A kutatók szerint a Porphyrion és a hozzá hasonló óriás sugárnyalábok mágneses tere hozzájárulhat a Világegyetem nagy kiterjedésű térségeiben uralkodó mágnesesség kialakulásához. Ennek igazolásához még további kutatásokra van szükség.

Forrás: Sky & Telescope