Hogy születtek a hatalmas fekete lyukak?
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2016.05.27 07:15.)

Már az ősrobbanás után néhány százmillió éven belül óriási, milliárdnyi naptömegű fekete lyukak keletkeztek. Hogyan?

Az asztrofizika eme izgalmas, de még nyitott kérdésére kísérelt meg választ adni egy olasz kutatócsoport, a NASA három nagy űrobszervatóriuma mérési adatainak felhasználásával. Tanulmányuk nemrég jelent meg a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című folyóiratban.

Az elmúlt évek csillagászati megfigyelései egyértelműen megmutatták, hogy a távoli Univerzumban is léteznek olyan fényes, aktív galaxismagok, amelyek hatalmas sugárzási teljesítményüket egy a központjukban rejtőző szupernagy tömegű fekete lyuknak köszönhetik. Ezek a környezetükből anyagot fognak be, és az elektromágneses színkép széles tartományában sugároznak. Még 1 milliárd éves sem volt az Univerzum, amikorra már „készen voltak” ezek az akár több milliárd naptömegnyi anyagot magukba sűrítő fekete lyukak. Az elméleti szakembereket nehéz feladat elé állítja annak megmagyarázása, hogyan történhetett ez meg ilyen gyorsan.

Tudjuk, hogy kisebb, a csillagokéval összemérhető tömegű fekete lyukak óráscsillagok „halálakor”, szupernóva-robbanások alkalmával jönnek létre. Ha viszont ilyenek összeolvadásával, majd gyors anyagbefogással kell felhizlalni a Világegyetem első szupernagy tömegű fekete lyukait, arra a számítások szerint nincs elegendő idő. A mostani tanulmány azt állítja, hogy ezek nélkül a közbeeső lépések nélkül, nagy tömegű gázfelhők közvetlen gravitációs összeomlásával, majd normális ütemű anyagbefogással is keletkezhetnek szupernagy tömegű fekete lyukak. Ezek lehetnek a megfigyelt korai aktív galaxismagokban.

A modellszámításaik alapján a NASA három nagy űrobszervatóriuma (Chandra, Hubble és Spitzer) adataiban kerestek a megjósoltnak megfelelő tulajdonságú objektumokat a röntgen-, optikai és infravörös tartományban, és két ígéretes jelöltet is találtak. Ezen feketelyuk-előfutárok tömege meghaladhatja a százezer naptömeget. Távolságukra egyelőre csak becslés adható, de a James Webb-űrtávcső felbocsátása után részletesebben, színképvonalaik alapján is vizsgálható lesznek a most felfedezettekhez hasonló objektumok. Ha a későbbi kutatások során tényleg bebizonyosodik, hogy ilyenekből alakulhattak ki a szupernagy tömegű fekete lyukak, akkor könnyen lesznek magyarázhatók a legtávolabbi aktív galaxismagokra vonatkozó megfigyelések.

Egy lehetséges gázfelhő, amelyből közvetlenül és gyors ütemben alakulat ki akár százezernyi naptömegű fekete lyuk. A fantáziakép alatt, balra egy ilyen jelöltnek a Chandra-űrtávcsővel a röntgentartományban készített képe. Jobbra, a Hubble-űrtávcső felvételének közepén a halvány távoli galaxis, amely az objektumot tartalmazza. (Kép: röntgen: NASA / CXC / SNS / F. Pacucci et al.; optikai: NASA / STScI; illusztráció: NASA / CXC / M. Weiss)

Szupernagy tömegű fekete lyukak lényegében minden nagyobb galaxis magjában megtalálhatók. Így a saját Tejútrendszerünkében is, bár az „csak” néhány millió naptömeget tartalmaz. A fekete lyuk ugyanakkor nem mindenhol aktív. Ehhez az szükséges, hogy „üzemanyagot” tudjon befogni a környezetéből. Ha ez elfogy, az aktivitás leáll. Ugyanakkor újra be is indulhat, ha valamilyen folyamat – például egy szomszédos galaxissal való ütközés – ismét kellő mennyiségű anyagot juttat a fekete lyuk veszélyes közelségébe.