Képzeljünk el napkitöréseket, de elképesztő méretekben. Folyamatos szikrázást, amely elég fényes ahhoz, hogy 26 000 fényévnyi távolságon át ragyogjon. A villódzások között pedig időnként hirtelen felvillanások történnek napi rendszerességgel.

A NASA James Webb űrteleszkópját használó kutatók ezt a tevékenységet figyelték meg. A forrás pedig a Tejútrendszer központjában levő szupernagy tömegű fekete lyuk körüli tömegbefogási korong. A Webb elképesztően rövid időskálán észlelt fényességváltozásokat, ami azt jelenti, hogy ezek a fekete lyuk belső korongjáról származnak, nem messze az eseményhorizontjától.

Úgy tűnik, hogy a Tejútrendszer központi szupernagy tömegű fekete lyuka bulit rendez, méghozzá diszkógömbszerű fényjátékkal kiegészítve. A NASA James Webb űrteleszkópját használó asztrofizikusok egy csoportja az eddigi a leghosszabb és legrészletesebb bepillantást kapta a galaxisunk közepén rejtőző „ürességbe”.

Megfigyeléseik szerint a Sagittarius A* néven ismert szupernagy tömegű fekete lyuk körül kavargó gáz- és porfelhő (más néven akkréciós korong) folyamatos kitöréseket produkál, pihenőidő nélkül. Az aktivitás széles időskálán mozog, rövid villanásoktól hosszabb kitörésekig. Egyes felvillanások halványak, és csupán másodpercekig tartanak, míg mások vakítóan fényesek, és naponta jelentkeznek. Ezenkívül léteznek még kisebb energiakibocsátással járó változások is, amelyek hónapok alatt bontakoznak ki.

Művészi ábrázolás a Tejútrendszer központjában található szupernagy tömegű fekete lyukról, a Sagittarius A* nevű objektumról. A fekete lyukat egy örvénylő, forró gázokból álló akkréciós korong veszi körül. A fekete lyuk gravitációja eltéríti a korong túlsó oldaláról érkező fényt, és úgy tűnik, mintha a fekete lyukat alulról és felülről is beburkolná.

Az új eredmények segíthetnek jobban megérteni a fekete lyukak alapvető természetét, hogy hogyan táplálkoznak a környezetükből, valamint saját galaxisunk dinamikáját és fejlődését is.

„Az adatainkban folyamatosan változó, pezsgő fényességet láttunk” – mondta Farhad Yusef-Zadeh, az illinois-i Northwestern Egyetem kutatója és a tanulmány vezető szerzője. „Aztán bumm! Hirtelen egy hatalmas felfénylés következett, ami aztán elcsendesedett. Nem találtunk mintázatot ebben az aktivitásban, úgy tűnik, teljesen véletlenszerűek ezek az események, a fekete lyuk aktivitási profilja minden egyes megfigyelésnél új és izgalmas volt.”

A kutatás során Yusef-Zadeh és csapata Webb NIRCam (közeli infravörös kamera) műszerét használta, hogy egy éven keresztül 8–10 órás időszakokban, összesen 48 órán át figyeljék meg a Sagittarius A*-t. Ez lehetővé tette számukra, hogy nyomon kövessék a fekete lyuk időbeli változásait.

Bár a kutatók számítottak kitörésekre, a Sagittarius A* sokkal aktívabb volt, mint várták. A megfigyelések különböző fényességű és hosszúságú, folyamatos tűzijátékszerű kitöréseket mutattak. Az akkréciós korong naponta öt-hat nagy kitörést produkált, valamint számos kisebb villanást is.

Bár a kutatók még nem teljesen értik a háttérben zajló mechanizmusokat, Yusef-Zadeh úgy véli, hogy a rövidebb és a hosszabb kitörések két különböző folyamat eredményei lehetnek. Szerinte az akkréciós korong apró zavarai okozhatják a halvány villanásokat. Konkrétan a korong turbulens változásai összenyomhatják a plazmát (forró, elektromosan töltött gázt), ami rövid kitörést eredményezhet, a napkitörésekhez hasonlóan.

„Olyan, mint ahogy a Nap mágneses mezeje összenyomódva felerősödik, ami napkitörést okoz” – magyarázta Yusef-Zadeh. „Természetesen a fekete lyuk környezete sokkal energikusabb és szélsőségesebb, de a Nap felszíne is állandó aktivitással pezseg.”

A nagy, fényes kitöréseket Yusef-Zadeh időnként bekövetkező mágneses átkötődési eseményeknek tulajdonítja. Ez egy olyan folyamat, amelyben két mágneses tér találkozik, és energia szabadul fel felgyorsított részecskék formájában. Ezek a részecskék a fénysebességhez közeli sebességgel haladnak, és fényesen sugárzó kitöréseket hoznak létre.

Gyorsított felvétel a Tejútrendszer központi fekete lyukáról készült megfigyelésekről, amelyeket a NASA James Webb űrteleszkópja végzett. A bal oldalon a NIRCam (Near-Infrared Camera) képei láthatóak, amelyeket 2,1 és 4,8 mikronos hullámhosszakon gyűjtött adatok kombinálásával hoztak létre. A képeken egy fénypont figyelhető meg, amely véletlenszerűen fényesedik és halványodik. A jobb oldalon a fényesség időbeli változását ábrázolták. A videó körülbelül 9 órányi megfigyelést tömörít 30 másodpercbe.

Mivel Webb NIRCam műszere egyszerre két különböző hullámhosszon is képes megfigyeléseket végezni (jelen esetben 2,1 és 4,8 mikronon), Yusef-Zadeh és kollégái össze tudták hasonlítani, hogy a kitörések fényessége hogyan változott az egyes hullámhosszokon. Ismét meglepetés érte a kutatókat. A megfigyelt események rövidebb hullámhosszakon kissé hamarabb változtatták a fényességüket, mint a hosszabb hullámhosszakon.

„Ez az első alkalom, hogy ilyen időbeli késést figyelünk meg ezeknél a hullámhosszaknál” – mondta Yusef-Zadeh. „A NIRCam segítségével egyidejűleg figyeltük meg ezeket a hullámhosszakat, és azt láttuk, hogy a hosszabb hullámhossz egy nagyon rövid idővel, néhány másodperctől 40 másodpercig terjedő késéssel követi a rövidebbet.”

Ez az időbeli késés további információkat adott a fekete lyuk körüli fizikai folyamatokról. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy a részecskék energiát veszítenek a kitörés során és a rövidebb hullámhosszon gyorsabban veszítik el energiájukat, mint a hosszabb hullámhosszon. Ilyen változások várhatóak a mágneses erővonalak körül spirálisan keringő részecskék esetében.

E kérdések további kutatásához Yusef-Zadeh és csapata reméli, hogy a Webb segítségével hosszabb ideig, akár 24 órán keresztül megszakítás nélkül megfigyelheti a Sagittarius A*-t. Ezáltal csökkenthető a zaj, és még finomabb részletek is feltárhatóak.

„Amikor ilyen gyenge kitörési eseményeket figyelünk meg, akkor versenyeznünk kell a zajjal” – mondta Yusef-Zadeh. „Ha 24 órán át megfigyelhetnénk a fekete lyukat, csökkenthetnénk a zajt, és olyan jellemzőket láthatnánk, amelyeket korábban nem tudtunk észlelni. Az is kiderülhetne, hogy ezek a kitörések ismétlődnek-e vagy valóban teljesen véletlenszerűek.”

Forrás: James Webb Space Telescope