A tejútrendszerbeli csillagok mozgásának pontos meghatározására szakosodott Gaia-űrtávcső nemrég talált egy különlegesen nagy csillagtömegű fekete lyukat, amely ráadásul Földünk közelében rejtőzik. A csillagtömegű fekete lyukak a legnagyobb kezdeti tömegű csillagok magjának összeomlásakor jönnek létre, így tehát nem összekeverendők a galaxisok középpontjában található, ezeknél jóval nagyobb szupernagy tömegű fekete lyukakkal. Utóbbi típusú fekete lyukak nagy tömegű fekete lyukak összeolvadásakor jönnek létre, és így a csillagok tömegét nagyságrendekkel meghaladják: a Tejútrendszer közepében lévő fekete lyuk tömege például körülbelül 4,2 millió naptömeg. Most tehát egy csillag halálakor kialakuló fekete lyukat fedeztek fel a Föld közelségében, ezzel átlépve egy újabb tudományos mérföldkövet.
Az újonnan felfedezett, Gaia-BH3-as jelölésű fekete lyuk tömege 33 naptömeg, amellyel megdöntötte a Tejútrendszerben talált csillagtömegű fekete lyukak rekordját: a tejútrendszerbeli csillagtömegű fekete lyukak átlagos tömege kb. 10 naptömeg, s eddig a Hattyú csillagképben lévő röntgenkettős (Cyg X-1) egyik tagja, egy 20 naptömegű fekete lyuk állt a dobogó tetején tömegét tekintve.
A Gaia-BH3 Földünktől 2000 fényévre található, így a második legközelebbi fekete lyuk a jelenleg ismertek közül. A Földhöz legközelebbi, tőlünk kb. 1600 fényévre lévő fekete lyukat, a Gaia-BH1-et szintén a Gaia mérései alapján fedezték fel, ez azonban tömegét tekintve átlagosnak számít: Napunk tömegét 9,6-szorosan haladja meg.
Az új fekete lyukak felfedezése mindig izgalommal tölti el a csillagászokat, hiszen ezek nem olyan könnyen és egyértelműen azonosíthatóak, mint az éjszaka világító csillagok, hanem elrejtőznek az égbolt sötétjében. A Gaia Black Hole Task Force nevű kutatócsoportja kimondottan az ilyen fekete lyukak felkutatására szakosodott, most pedig, a Gaia-BH3 megtalálásával egy különösen értékes tagjára lelt a csillagtömegű fekete lyukak populációjának.
A rejtőzködő fekete lyukat társcsillaga leplezte le
A fekete lyukaknak van egy külső határa, amelyet eseményhorizontnak nevezünk: itt a szökési sebesség egyenlő a fény sebességével. Ami tehát az eseményhorizonton belülre kerül, nem „menekülhet” el onnan soha. Éppen ezért a fekete lyukak nem bocsátanak ki és nem is vernek vissza sugárzást, innen is ered az elnevezésük. Csak akkor detektálhatjuk őket, amikor éppen táplálkoznak, vagyis anyagot nyelnek el a környezetükből, például egy kettős rendszeren belül fejlődve. Ekkor a társcsillag elszívott anyagát a fekete lyuk egy tömegbefogási (akkréciós) korongba rendezi, amelyről fokozatosan áramlik az anyag a fekete lyuk felszínére. Az ekkor fellépő súrlódás, és egyéb erők miatt a korong anyaga felforrósodva erősen sugároz. Mindemellett azt az anyagot, amit a fekete lyuk nem szív magába, kilövellheti a mágneses pólusai mentén közel fénysebességűre gyorsított töltött részecskék alkotta jet formájában. Ilyen formában bocsáthat ki fényt tehát a fekete lyukak környezete (de nem maga a fekete lyuk!), s a csillagászok ezt tudják észlelni.
Ekkor felvetődik a következő kérdés: hogyan azonosíthatóak az „alvó” fekete lyukak, amelyek környezetében nem játszódnak le tömegbefogási folyamatok? Ez az állapot például akkor valósulhat meg, amikor egy csillagtömegű fekete lyuknak van egy társcsillaga, amely olyan messze van tőle, hogy nem áramlik át anyag a felszínéről a fekete lyuk akkréciós korongjára. Ekkor sem kell csüggednünk, hiszen egy ilyen fekete lyuk jelenlétére szintén vannak apró jelek: például ha a fekete lyuk kettős rendszerben fejlődik egy csillaggal, akkor a rendszernek mindkét tagja a közös tömegközéppont körül kering. Ennek következtében a csillag mozgásában a szemfüles megfigyelők némi „lötyögést” fedezhetnek fel, amelyet kettős rendszer másik tagjának tömege okoz. Ehhez hasonló módon rángathatja ide-oda a csillagot egy körülötte keringő bolygó is, amelyet adott esetben szintén nem látunk, de a csillag jellegzetes mozgása alapján következtethetünk a jelenlétére.
A csillagok pontos pozíciójának meghatározására szakosodott Gaia-űrtávcső ezeknek a lötyögéseknek a meghatározására specializálódott, így kiválóan alkalmas az egyéb távcsövekkel nem látható exobolygók, avagy csillagtömegű fekete lyukak felfedezésére. A Gaia fekete lyukak felfedezésére szakosodott csoportja olyan ingadozásokat keres a csillagok mozgásában, amelyeket nem okozhatott a rendszerben lévő bolygó vagy társcsillag jelenléte, hanem egy nagyobb tömegű objektum, mégpedig egy fekete lyuk szükséges megmagyarázásukra.
Egy ilyen csillagot fedeztek fel a kutatók a Sas csillagkép irányában, tőlünk 1926 fényévre, s mozgását egy kimagaslóan nagy tömegű fekete lyuk jelenlétével magyarázzák. Ez a fekete lyuk olyan távolságban van a csillagtól, mint a Neptunusz a Naptól. A felfedezésben különleges, hogy mindeddig a mi galaxisunkban nem sikerült ilyen nagy tömegű, csillag halálakor létrejött fekete lyukat azonosítani, csak más, távoli galaxisokban az általuk kibocsátott gravitációs hullámok detektálásával.
A Gaia rendkívül érzékeny mérései alapján a közelünkben lévő fekete lyuk tömegét a kutatók 33 naptömegre becsülték. A csoportban dolgozó Tsevi Mazeh szerint ez az első olyan fekete lyuk, amelynek tömegét ilyen pontosan meghatározták. Noha a gravitációs hullámok detektálásával is felfedeztünk már hasonló tömegű fekete lyukakat távoli galaxisokban, a mostani mérés adja meg a végső bizonyítékot arra, hogy tényleg léteznek ilyen hatalmas csillagtömegű fekete lyukak.
A Gaia következő adatkibocsátása további alvó fekete lyukakat rejthet, amelyek még teljesebbé teszik majd a galaxisunk feketelyuk-populációjáról alkotott képet.
Az itt leírt eredményekről készített szakcikket az Astronomy & Astrophysics című folyóirat közli. A publikáció szerzői között a HUN-REN CSFK CSI munkatársai is szerepelnek, mint arról az intézet sajtóközleménye is beszámol.
A cikk forrása:
https://www.space.com/milky-way-biggest-stellar-mass-black-hole-gaia
