Kilenc óránként erőteljesen felragyog a titokzatos fekete lyuk

2019.09.25. 21:10

A közelmúltban egy távoli galaxisból érkező periodikus röntgensugár - felvillanást észlelt az ESA teleszkópja. A rejtélyes jelenség okát még nem sikerült pontosan megfejteni, csak azt, hogy a kilenc óránként észlelhető röntgensugár - felvillanás hátterében egy szupermasszív fekete lyuk áll. A kutatók felfedezésüket a Nature magazinban publikálták.

Furcsa felvillanások 250 millió fényév távolságból

Az ESA röntgenteleszkópja, az XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission, azaz Newton-Röntgensugár Sok Tükör Misszió) egy távoli galaxisból származó  periodikus röntgensugár - felvillanásokat észlelt, tavaly decemberben.

A GSN 069 jelű galaxis mintegy 250 millió fényévre van a Földtől, amelynek magjában egy aktív fekete lyuk található, a periodikus röntgensugárzás pedig - amint megállapították - ebből származik.

A 250 millió fényévre fekvő A GSN 069 galaxis , a képkocka bal alsó mezejében kinagyítva a galaxismag, ami egy szupermasszív fekete lyukat rejtForrás: X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Optical: DSS/Chandra X-Ray Observatory Center

2018. december 24-én 100 faktorig erősödött fel a ragyogás, a kutatók először ezt a hirtelen felfénylést észlelték.

Ezután egy órán belül visszahalványult normál szintre, majd 9 órával később ismét észlelték a felvillanást.

Az óriás fekete lyukak rendszerint úgy „pislákolnak" mint egy gyertya, de ez a fajta intenzív periodikus változás, amit tavaly december óta észlelnek a GSN 069 magjában, teljesen új jelenségnek számít.

Az XMM-Newton röntgenteleszkópForrás: YouTube

A NASA Chandra röntgensugár-obszervatóriumának és az ESA XMM-Newton röntgensugár-teleszkópjának adatait kombinálva, a kutatók bő 2 hónapig figyelték meg a különlegesen viselkedő fekete lyukat. Ez idő alatt fedezték fel az ismétlődő mintában zajló röntgensugár - felvillanások szabályos periodicitását.

A GSN 069 szupermasszív fekete lyuka kilenc óránként négy Holdtömegnek megfelelő mennyiségű anyagot szippant be (A kép illusztráció)Forrás: Dunya News

Mindez arra vonatkozó bizonyíték, hogy a fekete lyuk körülbelül 9 óránként - a számítások szerint - igen nagy mennyiségű,

a Hold tömegének négyszeresét kitevő anyagot fogyaszt el.

 

A Chandra röntgen-obszervatóriumForrás: NASA

Csillagtömegű fekete lyukaknál a kutatók már megfigyeltek ilyesfajta rendszeres „étkezéseket", de szupermasszív fekete lyuknál eddig még soha.

Gyakoribb lehet annál, mint amit az észlelések mutatnak

Annak ellenére, hogy ilyen jelenséget korábban még nem figyeltek meg, az asztrofizikusok úgy gondolják, hogy mégis gyakori lehet az Univerzumban.

Valószínű, hogy eddig azért nem azonosították ezt a furcsa a jelenséget,

mert a  távoli galaxisok magjában lévő fekete lyukak általában a Nap tömegénél milliószor, vagy akár milliárdszor nagyobb tömegűek,

és jóval nagyobbak, mint a GSN 069-ben felfedezett fekete lyuk, amelynek tömege „csak" 400.000-szerese a Nap tömegének.

A szupermasszív fekete lyukak akár milliárdszoros naptömegűek is lehetnek (A kép illusztráció)Forrás: Universe Today)

Minél nagyobb tömegű egy fekete lyuk, annál lassabb fluktuációkat mutat, tehát egy tipikus szupermasszív fekete lyuk néhány havonta, vagy évente tör ki, ami valószínűtlenné teszi az érzékelését, mivel a megfigyelések ritkán ívelnek át ilyen hosszú periódust. (A szupermasszív fekete lyukak a legnagyobb tömegűek, és  azt mutatják a megfigyelések, hogy szinte minden galaxis közepe rejt egy ilyen égitestet.)

Ezt a jelenséget kvázi-periodikus kitöréseknek hívják (quazi-periodic eruptions: QPEs).

A röntgensugár emisszió a fekete lyukkal összeolvadó anyagból keletkezik - abból, amit magához vonz, bekebelez az akkréció során -  akkor, amikor az elnyelési folyamat során felforrósodik. Az akkréciós lemezben zajló folyamatok okozhatják e jelenséget, kapcsolódva a központi fekete lyuk melletti akkréciós áramlat instabilitásához.

A GSN 069 jelű galaxis magjának kinagyított felvételeForrás: X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Optical: DSS/Chandra X-Ray Observatory Center

Az is lehetséges, hogy az akkréciós lemez anyaga kölcsönhatásban áll egy másik fekete lyukkal,

vagy a fekete lyuk által korábban szétszakított csillag maradványával.

A most felfedezett rendszer jó esélyt ad a csillagászoknak arra, hogy alaposabban tanulmányozhassák, hogyan áramlik a forró gáz egy óriási fekete lyuk körül, és végül, hogyan kerül „elfogyasztásra".

Egy fekete lyuk művészi illusztrációjaForrás: Inverse

A QPEs lehet, hogy segít megmagyarázni néhány aktív fekete lyuk viselkedésében eddig megfigyelt talányos mintákat.

Az univerzum legtitokzatosabb, felfoghatatlan objektumai

A fekete lyuk rendkívüli sűrűségű objektum, amelynek olyan nagy a gravitációs ereje, hogy a fény sem képes elhagyni a felszínét. A fekete lyukak létezését már Albert Einstein általános relativitás elmélete is megjósolta.

Einstein általános relativitáselmélete teoretikus úton megjósolta a fekete lyukak létezésétForrás: Origo

Azt a fekete lyuk körüli régiót, ahol a szökési sebesség eléri a fénysebességgel, eseményhorizontnak nevezik. Bármi, ami ezen belül történik, örökre láthatatlan marad.

A fekete lyuk drámai hatást gyakorol a kozmikus környezetére, illetve a közeli szomszédjaira;

erőteljes gammakitörések közben felfalja a közeli csillagokat,

néhány területen pedig megállítja, máshol - éppen ellenkezőleg - intenzívvé teszi az új csillagok növekedését.

Így kebelez be  egy közeli csillagot a fekete lyuk (fantáziarajz)Forrás: NASA

A legtöbb fekete lyuk szupernóva robbanásban elpusztult nagy csillagok maradványaiból jön lére

(csillagok összeütközése is eredményezhet fekete lyukakat), a szupernóva-robbanást követő gravitációs kollapszus (gravitációs összeomlás) nyomán.

A kompozitképen egy szupernóva látható az M100 galaxisból, mely az SN1976C szupernóva robbanásából született, és lehet, hogy a legfiatalabb ismert fekete lyukat tartalmazza a szomszédságunkbólForrás: https://www.space.com/11425-photos-supernovas-star-explosions.html

Ahogy az elpusztuló óriáscsillag magja összeomlik, egy bizonyos tömeghatár felett a kollapszus megállíthatatlanná válik, és egy ponton a gravitáció olyan erős lesz, hogy az összeomló mag felületén a szökési sebesség a fény sebességére növekszik.

A fekete lyuk eseményhorizontjának művészi ábrázolása. Az eseményhorizont az a határ, amelyen belül már kizárólag a fekete lyuk gravitációs ereje érvényesülForrás: Wikimedia Commons

Ezért innen semmi sem távozhat, még a fény sem,

éppen ezért hívják ezeket a szupersűrű és irtózatos gravitációs erővel rendelkező objektumokat fekete lyukaknak. A fekete lyuk közelébe jutó csillagközi anyagot az objektum gravitációs ereje magához vonzza, ez a folyamat az akkréció.

A fekete lyuk közelébe került csillagközi anyagot az égitest nagy gravitációs ereje miatt beszippantjaForrás: X-ray: NASA/CXC/UMass/D. Wang et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/D.Wang et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/SSC/S.Stolovy/Chandra X-Ray Observatory Center

Hasonló jelenség játszódik le akkor is, ha egy csillag közelíti meg a fekete lyukat, bizonyos távolságon belül ugyanis a fekete lyuk gravitációs ereje széttépi a csillagot, és beszippantja az anyagát. Amint a fekte lyuk gravitációjának hatására a vonzott anyag egyre jobban felgyorsul, fel is hevül,

és eközben röntgensugárzást bocsát ki az űrbe.

A fekete lyukba belezuhanó anyag elveszíti hagyományos atomi szerkezetét.

 Két évtizede a tudomány szolgálatában

Mivel a Föld atmoszférája elnyeli a röntgensugarakat, csak egy űrbe helyezett teleszkóp képes érzékelni és tanulmányozni a kozmikus röntgensugár-forrásokat. Ezért a felfedezés nem lett volna lehetséges az XMM Newton nélkül.

Az XMM-Newton űrobszervatórium a legnagyobb teljesítményű orbitális pályára állított röntgen-teleszkóp,

amely a forró röntgensugár-tartományban vizsgálja az univerzumot, elsősorban a neutroncsillagokat, a fekete lyukakat és az aktív galaxisokat.

Az XMM-Newton röntgenteleszkóp művészi ábrájaForrás: ESA

Az XMM-Newton sokkal több röntgensugár-forrás érzékelésére képes, mint bármelyik korábbi elődje, és komoly segítséget nyújthat számos izgalmas kozmikus rejtély megoldásához, így például, hogy mi történhet a fekete lyukban és körülöttük, vagy hogy hogyan játszódhatott le a korai univerzumban a galaxisok kialakulása.

Művészi ábra arról, ahogy egy fekete lyuk lenyel egy neutron csillagot.Forrás: https://www.space.com/black-hole-swallows-neutron-star-gravitational-waves.html

A berendezés 3 teleszkópját egyenként 58 darab ostyavékony henger alakú nikkeltükör fedi. A tükörfelületeket olyan anyagból készítették,

ami nem nyeli el a röntgensugarakat,

és úgy tervezték, hogy a bejövő sugarak keskeny szögben ütközzenek a tükrökkel, mert csak ily módon lehet a röntgensugarakat hatékonyan visszaverni, és egy fókuszponthoz irányítani.

Az XMM-Newton szerkezeti felépítéseForrás: HEASARC-NASA

Az Európai Űrügynökség (ESA) 1999. december 10-én állította pályára az XMM-Newtont, amely felbocsátása óta fürkészi az univerzum mélységeit.