Mi a legjobb „recept” fekete lyukakhoz?
(Rovat: Távoli világok kutatói, Amerika és az űrcsillagászat - 2013.02.08 07:15.)

Az otthoni sütés-főzés közben használt jól bevált receptekre gondolva néhány csillagász feltette a kérdést: vajon mik lehetnek a csillagok legjobb összetevői, hogy a belőlük keletkező fekete lyukak száma a legnagyobb legyen?

A kérdés megválaszolásához különböző összetételű galaxisokban található fekete lyukak számának a tanulmányozásával keresik a választ. Az egyik ilyen galaxis az NGC 922 nevű, gyűrű alakú galaxis, mely az alábbi képen látható.

Az NGC 922 galaxis hamis színes képén a Chandra-műholddal észlelt röntgensugárzást vörös, a Hubble-űrtávcsővel megfigyelt különböző optikai sávokat kék, sárga és rózsaszín jelöli. (Kép: röntgen – NASA / CXC / SAO / A. Prestwich et al.; optikai – NASA / STScI)

Az NGC 922 valamikor két galaxis ütközésével alakult ki. (Az egyiket ezen a képen lehet látni, a másik a látómezőn kívül található.) Ez az ütközés indította el az új csillagok képződését egy gyűrű formájában. Néhány közülük nagyon nagy tömegű csillaggá alakult és fekete lyukká omlott össze. A legtöbb fényes röntgensugárforrás a Chandra által az NGC 922-ről készített képeken a fekete lyukba hulló anyagnak köszönhető, ami a hatalmas tömegű kísérőcsillagok szeleiből származik. Ezek közül hetet a csillagászok az ultrafényes (nagyon nagy luminozitású) röntgenforrások csoportjába sorolnak. Róluk azt gondolják, hogy olyan fekete lyukakat kell tartalmazniuk, amelyek legalább tízszer nagyobb tömegűek, mint a Nap. (Ezek különböznek a szupernagy tömegű fekete lyukaktól, amik a galaxisok középpontjában vannak; azok több millió vagy milliárd naptömegűek.)

Az elméleti megfontolásokból arra lehet következtetni, hogy a legnagyobb csillagtömegű fekete lyukak környezetében a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemek – ezeket nevezik a csillagászok fémeknek – kisebb arányban fordulnak elő. A masszív csillagokból az ott keletkező fémeket eltávolító folyamatot, a csillagszél kevésbé hatékony, ha kisebb a fémtartalom. Így azok a csillagok, amelyek összetevőiben kevesebb a nehéz elem, a fejlődésük során kevesebbet veszítenek a tömegükből a csillagszél révén. Ennek a kis tömegveszteségnek a következménye, hogy az ilyen nagytömegű csillagok viszonylag nagyobb hányada omlik végül össze fekete lyukká egy szupernóva-robbanás során, miután a nukleáris fűtőanyaguk kimerül. Ezt az elméletet a nevezetes Kocsikerék-galaxisban észlelt nagyszámú ultrafényes röntgenforrásokkal támasztották alá, ahol a csillagok fémtartalma a Naphoz képest csak 30%.

Az elméletet teszteléséhez a kutatók az NGC 922 galaxist tanulmányozták, amelynek anyaga közel azonos mennyiségben tartalmaz fémet, mint a Nap, vagyis háromszor gazdagabb fémekben, mint a Kocsikerék-galaxis. Meglepőnek tűnő eredmény, hogy az NGC 922-ben található ultrafényes röntgenforrások száma összehasonlítható a Kocsikerék-galaxisban levőkével. Tehát a szám inkább csak a csillagok keletkezésének sebességétől függ a két galaxisban, és nem a fémek arányától.

Az eredmények egyik lehetséges magyarázata az, hogy az elmélet, miszerint a legnagyobb tömegű fekete lyukak fémszegény környezetből származnának, nem helyes. A másik magyarázat, hogy a Kocsikerék-galaxisban a fémtartalom nem elég alacsony ahhoz, hogy egyértelmű hatása legyen a nagyon nagy csillagtömegű fekete lyukak kialakulására, és ezért nem befolyásolja lényegesen az ultrafényes röntgenforrások számát. A legújabb modellek, amelyek részletesen figyelembe veszik a csillagok fejlődését is, felvetik, hogy az ultrafényes röntgenforrások számának növekedése akkor lesz csak észrevehető, mikor a fémtartalom 15% alá esik. A csillagászok most ezt az elképzelést vizsgálják a Chandra röntgencsillagászati űrteleszkóp használatával, rendkívül alacsony fémtartalmú galaxisoknál. Az NGC 922-re vonatkozó munka eredményei az Astrophysical Journal folyóiratban jelentek meg 2012-ben.

Tar Ingrid