Egy gigantikus fekete lyuk energianyalábokat lő a Föld irányába

Az újonnan felfedezett blazár, amely 700 millió naptömegű és a valaha látott legrégebbi ilyen típusú objektum, megváltoztathatja a korai univerzumról alkotott ismereteinket is. A Földtől 12,7 milliárd fényévre fekvő szupermasszív fekete lyuk az univerzum egészen korai időszakában keletkezett, ami komoly és nehezen megválaszolható kozmológiai kérdéseket vet fel.

A csillagászok egy olyan szupermasszív fekete lyukat fedeztek fel, ami óriási energianyalábot sugároz közvetlenül a Föld irányába. A kozmikus objektum, amely körülbelül 700 millió naptömegű gigantikus égitest, a korai univerzum egyik galaxisából vesz célba bennünket. A szupermasszív fekete lyuk 800 millió évvel az ősrobbanás után keletkezett – ezzel pedig ez a valaha felfedezett legtávolabbi és legősibb blazár.

Egy kvazár művészi ábrája
Fotó: ESO/M. Kornmesser / This artist’s impression shows how the distant quasar P172+18 and its radio jets may have looked. To date (early 2021), this is the most distant quasar with radio jets ever found and it was studied with the help of ESO’s Very Large Telescope. It is so distant that light from it has travelled for about 13 billion years to reach us: we see it as it was when the Universe was only about 780 million years old.

Egyes szupertömegű fekete lyukak, az úgynevezett kvazárok olyan masszívak, hogy több százezer fokosra is túlhevíthetik az akkréciós korongon belülre került anyagot, és emiatt rendkívüli energiájú elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. A kvazárok elképzelhetetlenül erős mágneses mezeje ezt az energiát ikersugarakká alakítja, amelyek merőlegesen lövődnek ki az akkréciós korongra, és jóval túlnyúlnak a gazdagalaxisukon.

A fekete lyukak az univerzum legrejtélyesebb objektumai 
Fotó: Bill Saxton NRAO/AUI/NSF

 A kvazárok némelyike az ikersugár egyik nyalábját közvetlenül a Föld felé irányítja és fényes rádiófoltokat hoz létre, amelyek pulzálnak, miközben e fekete lyukak felemésztik az akkréciós korongjukból származó anyagot. Ezeket a fekete lyukakat nevezzük blazároknak.

Új rekordnak számít a gigantikus blazár

A friss tanulmányban, amelyet 2024. december 18-án tettek közzé a The Astrophysical Journal Letters szaklapban, a kutatók egy új, J0410-0139 azonosító számot kapott blazár felfedezéséről számolnak be. A rendkívülinek bizonyult blazárt több távcső adatainak felhasználásával fedezték fel, beleértve az Atacama Large Millimeter Array-t, a Magellán-teleszkópokat és az Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Teleszkópját – mindegyik Chilében található egyébként –, valamint a NASA földkörüli pályán keringő Chandra-űrtávcsövét is. 

A gigantikus blazár rádióhullámai több mint 12,9 milliárd fényévet utaztak, hogy elérjenek minket,

 ami új rekordnak számít az ilyen típusú kozmikus objektumok között. 

A fekete lyuk eseményhorizontján túl bezáródik a téridő
Fotó: NASA

E behemót rendkívüli kora lehetővé teszi a kutatóknak, hogy többet megtudjanak arról, hogyan alakultak ki az első szupermasszív fekete lyukak az univerzumban. "A J0410-0139-es sugárnyalábjának látóterünkhöz viszonyított helyzete lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy közvetlenül e kozmikus erőmű szívébe nézzenek" - mondja Emmanuel Momjian, a tanulmány társszerzője, a virginiai Nemzeti Rádiócsillagászati ​​Obszervatórium csillagásza, akit a Live Science tudományos hírportál idéz.. "Ez a blazár egyedülálló laboratóriumnak számít a fekete lyukak és környezetük kölcsönhatásának tanulmányozásához, méghozzá az univerzum egyik legnagyobb átalakulású korszakából" – fűzi hozzá a tanulmány társszerzője.

Számos furcsaságot rejthet a korai univerzum

Eddig csak kevesebb mint 3000 blazárt fedeztek fel, és legtöbbjük sokkal közelebb található a Földhöz, mint a J0410-0139. A mostani felfedezés előtt a legtávolabbi ismert blazár a PSO J0309+27 jelű objektum volt, amelyet 2020-ban azonosítottak, és ami 12,8 milliárd fényévnyire van a Földtől, így körülbelül 100 millió évvel fiatalabb a J0410-0139-nél. A világegyetem korához képest - amely jelenlegi ismereteink szerint 13,8 milliárd év-, ez a korkülönbség aprónak tűnhet, ám ezalatt a 100 millió év alatt egy szupermasszív fekete lyuk több nagyságrenddel is megnőhet, ami igen jelentős fejlemény.

Fekete lyuk művészi ábrázolása
Fotó: Science Library

 Ha ilyen távolságban találunk egy blazárt, az arra utal, hogy a kozmikus történelem e távoli pontján sok más egyéb szupermasszív fekete lyuk is létezhetett – emeli ki Eduardo Bañados, a németországi Max Planck Csillagászati Intézet asztronómusa és a tanulmány vezető szerzője. A tudóscsoport tagjai további, a J0410-0139-hez hasonló korú blazár után kutatnak, és biztosak benne, hogy találnak is majd néhányat. "Ahol egy van, ott még számos másik várja, hogy megtalálják" – véli Silvia Belladitta, a tanulmány társszerzője és a Max Planck Csillagászati ​​Intézet csillagásza.

Nehéz kérdéseket vet fel a J0410-0139-es objektum

Az univerzum egészen korai időszakából származó fekete lyukak számos kérdést vetnek fel. „Normál” esetben ugyanis a fekete lyukak a nagy tömegű csillagok életútjának végén bekövetkező gravitációs összeomlás, pontosabban szupernóva-robbanás következtében alakulhatnak ki. A fekete lyuk a téridő olyan tartománya, ahonnan az erős gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud kiszabadulni. 

Szupernóva robbanás művészi ábrája
Fotó: AFP

A fekete lyukban azonban – az eseményhorizonton túl – nincs valódi égitest, kifelé csak a tömege, töltése és a perdülete nyilvánul meg – ez az úgynevezett „kopaszsági” elv. A fekete lyukak létezését először Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg, de létük manapság már többszörösen bizonyított asztrofizikai ténynek számít. Fő szabályként fekete lyuk akkor keletkezik, ha egy véges tömeg (egy adott tömeghatár feletti csillag) a gravitációs összeomlásnak (kollapszusnak) nevezett folyamat során egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. 

Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg először a fekete lyukak létezését
Fotó: Wkimedia Commons /Princeton University

Ilyen esetben az anyag összehúzódását okozó gravitációs erő minden más anyagi erőnél nagyobb lesz, és az anyag egyetlen pontba húzódik össze. Ebben a pontban bizonyos fizikai mennyiségek, mint például a sűrűség, vagy a téridő-görbület végtelenné válnak. A fekete lyuk szingularitását körülvevő gravitációs tér annyira erős, hogy onnan még a fény sem tud kiszabadulni- erről kapta ez az égitest típus az elnevezését is. Az eseményhorizonton belülre kerülő anyag vagy sugárzás elkerülhetetlenül belezuhan a fekete lyuk szingularitásba. Az univerzum keletkezési időpontjához, vagyis az ősrobbanáshoz képest, ami 13,8 milliárd éve történt,

 az alig pár száz millió éves fiatal univerzum fekete lyukainak kialakulása nehezen megválaszolható kérdés. 

Az általános csillagfejlődési modell szerint ugyanis amíg egy-egy, a szupernóva-robbanáshoz kellően nagy tömegű csillag eljut az ezt megelőző vörös óriás állapotig, addig sok milliárd évnek kell eltelnie, erre pár száz millió év nem elegendő.

Művészi ábra a vörös óriássá felfúvódott napról az élhetetlen pokoli katlanná vált Földről nézve
Fotó: AFP

 Márpedig a most felfedezett szupermasszív fekete lyuk csak „alig” 800 millió évvel az univerzum kialakulása után keletkezett. Ezek a különleges objektumok – mint a J0410-0139-es – arra utalnak, hogy a korai univerzummal kapcsolatos ismereteink még igencsak hiányosak.

A tanulmány teljes terjedelmében itt olvasható el.