Fekete szörny rejtőzködik a közeli csillaghalmazban

Művészi elképzelés az NGC 1850-ben található, kísérőcsillagát eltorzító fekete lyukról

Az Európai Déli Obszervatórium VLT távcsőegyüttesével (ESO VLT) a Tejútrendszeren kívül fedeztek fel egy csillagtömegű fekete lyukat, mégpedig a közvetlen közelében található csillag mozgására gyakorolt hatása alapján. Ez az első eset, hogy az alkalmazott eljárást saját galaxisunkon kívüli fekete lyuk azonosítására használták. A módszer kulcsfontosságú lehet a Tejútrendszerben és a közeli galaxisokban rejtőzködő fekete lyukak detektálásában, és segíthet annak jobb megértésében is, hogy miként keletkeznek és fejlődnek ezek a rejtélyes objektumok.

Az újonnan felfedezett fekete lyuk a több ezer csillagból álló NGC 1850 katalógusjelű halmazban bújik meg, amely a Tejútrendszer egyik kísérőgalaxisában, a nagyjából 160 ezer fényévre lévő Nagy-Magellán-felhőben található.

Ahogyan Sherlock Holmes kapta el a bűnözőket árulkodó nyomaik alapján, olyan alapossággal vizsgáltunk meg minden egyes csillagot ebben a halmazban, hogy bizonyítékot találjunk az egyébként nem látható fekete lyukak jelenlétére"

– kezdi Sara Saracino, a liverpooli John Moores Egyetem Csillagászati Kutatóintézetének munkatársa, a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című szaklapban közlésre elfogadott közleményt megalapozó kutatás vezetője.

Az itt bemutatott eredményben csak egyetlen »körözött gyanúsított« elfogásáról számolhatunk be, de ha egyet elkaptunk, jó esély van arra, hogy több is horogra akad, akár más halmazokban is."

A csoport által lenyomozott első „gyanúsított" tömege kb. 11-szerese a Napénak. A csillagászokat nyomra vezető „füstölgő puskacső" pedig a fekete lyuknak a körülötte keringő öt naptömegű csillagra gyakorolt gravitációs hatása volt.

Művészi elképzelés az NGC 1850-ben található, kísérőcsillagát eltorzító fekete lyukról Forrás: ESO/M. Kornmesser

A csillagászok már korábban is kimutattak ilyen „csillagtömegű" fekete lyukakat a közeli galaxisokban az anyagelnyelés közben kibocsátott röntgensugárzás vagy a fekete lyukak egymással, illetve neutroncsillagokkal történő összeolvadása közben keletkező gravitációs hullámok detektálása alapján.

A legtöbb csillagtömegű fekete lyuk azonban se röntgensugárzás, se gravitációs hullámok formájában nem ad hírt magáról. „A túlnyomó többség csak dinamikai hatások alapján érhető tetten" – mondja a csoport egyik tagja, Stefan Dreizler, a Göttingeni Egyetem kutatója.

Ha egy csillaggal kettős rendszert alkotnak, akkor annak mozgására kicsiny, ám detektálható hatást gyakorolnak, így kifinomult műszerekkel megtalálhatjuk őket."

A Saracino és csoportja által alkalmazott dinamikai módszer sok további fekete lyuk megtalálását is lehetővé teszi, így hozzájárulhat titkaik megfejtéséhez. „Minden egyes detektálásunk fontos lépés lesz a csillaghalmazok és a bennük megbújó fekete lyukak megértésében" – teszi hozzá a tanulmány egyik társszerzője, Mark Gieles, a barcelonai egyetem munkatársa.

Az eredmény mérföldkő abban az értelemben, hogy az NGC 1850-ben talált fekete lyuk az első, amelyet egy fiatal csillaghalmazban detektáltak.

(A halmaz nagyjából 100 millió éves, ami csillagászati időskálán mindössze egy szempillantás.) A csoport dinamikai módszerét hasonló csillaghalmazokban alkalmazva akár még fiatalabb fekete lyukak is detektálhatók lesznek majd, új megvilágításba helyezve ezzel a fejlődésükről alkotott elképzeléseinket. Az idősebb halmazokban található nagyobb és öregebb fekete lyukakkal összehasonlítva őket a csillagászok jobban megérthetik, hogy csillagok elnyelésével és más fekete lyukakkal történő összeolvadással hogyan növekednek ezek az objektumok.

A csillaghalmazok fekete lyukainak demográfiai felmérésével pedig a gravitációshullám-források eredetére vonatkozó tudásunkat pontosíthatjuk.

Az NGC 1850, ahogyan a VLT és a Hubble látja Forrás: ESO, NASA/ESA/M. Romaniello

A vizsgálat során a kutatócsoport a chilei Atacama-sivatagban működő VLT távcsőegyüttes MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) műszerével két év alatt rögzített adatokat használta. „A MUSE lehetővé tette, hogy olyan zsúfolt területeket is tanulmányozhassunk, mint a csillaghalmazok központi régiói, minden csillag fényét külön-külön elemezve. Az eredmény: információ több ezer csillagról egyetlen »lövéssel«, ami legalább tízszer hatékonyabb, mint amilyen bármely más műszerrel lehetett volna" – teszi hozzá Sebastian Kamman, a liverpooli csillagászati kutatóintézet munkatársa, nagy tapasztalatú MUSE-szakértő. A csapat így szúrhatta ki azt a furcsa csillagot, amelynek sajátos mozgása elárulta a fekete lyuk jelenlétét. A Varsói Egyetem OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) projektje és a (NASA/ESA) Hubble-űrtávcső adatai alapján a fekete lyuk tömegét is meg tudták határozni, ami egyben a felfedezést is megerősítette.

Az ESO szintén Chilében épülő, és a tervek szerint az évtized vége felé munkába álló Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) még több rejtőzködő fekete lyuk azonosítását teszi majd lehetővé. „Az ELT kétségkívül forradalmasítani fogja ezt a területet" – emeli ki Saracino.

Segítségével lényegesen halványabb csillagokat is észlelhetünk majd ugyanabban a látómezőben, de jóval nagyobb távolságban lévő gömbhalmazokban is jó eséllyel kereshetjük a fekete lyukakat."