A szupermasszív fekete lyukak

Tömegük a több tízmilliárd naptömeget is eléri

A fekete lyukak a világegyetem legrejtélyesebb objektumai. Óriási tömegvonzásuk miatt semmilyen részecske, semmilyen elektromos sugárzás, így a fénysugárzás sem tud kijutni belőlük, s nem tudjuk, mi van az eseményhorizontjuk (ez az a térrész, ahol a feléjük áramló gázok, esetleg közel sodródott, széttépett csillagok is beléjük hullnak) mögött. Tömegüket tekintve pedig kiemelkednek közülük a szupermasszív – más néven nagyon nagy tömegű vagy szupernagy – fekete lyukak, melyek a legtöbb, ha nem az összes galaxis központjában megtalálhatók.

Tömegük százezer és több tízmilliárd naptömeg között mozog. Tulajdonságaikat – a kisebb fekete lyukakhoz hasonlóan – csak úgy ismerhetjük meg, ha megfigyeljük az általuk keltett gravitációs hullámokat, a körülöttük mozgó csillagok mozgását, valamint az akkréciós korongjukat. Az utóbbi nem más, mint a gravitációs erejükkel magukhoz vonzott, spirális alakban beléjük áramló csillagközi gázból álló korong, melyben a fekete lyuk közelében lévő gázok már közel fénysebességgel száguldanak. Az objektumok változó intenzitással, de folyamatos jelleggel nyelik el a gázt, egy részét viszont az akkréciós korong síkjára merőleges jetek – anyagkilövellések – formájában kilövik a térbe, s ha azok elérnek egy gázfelhőt, nyomásukkal sűrűsödéseket hozhatnak létre azokban, így beindíthatják a csillagképződéseket. A szupernagy fekete lyukak többsége jelenleg nyugalmi állapotban van, csak kevés gázt nyelnek el. Ha viszont – például két galaxis ütközésekor – megnő a beléjük áramló anyag mennyisége, az akkréciós korong felhevül, az energiafelesleg egy részét elektromágneses sugárzás formájában kisugározza, s a galaxis magja ún. aktív galaxismaggá változik.

Saját galaxisunk, a 100 vagy 400 milliárd csillagból álló Tejútrendszer központjában is, tőlünk 27 ezer fényévre egy négymillió naptömegű szupermasszív fekete lyuk található, a Sagittarius A, mely roppant gyorsan forog, s ezzel közvetlen környezetében nagymértékben megváltoztatja, magával ragadja, összenyomja a téridőt, mely ott így aszimmetrikussá válik. (A tér és az idő ugyanis téridővé kapcsolódik össze, s megjegyzendő, hogy a fekete lyukak közelében jelentősen lelassul az idő.) De miért forog ennyire gyorsan a Sagittarius A? Mint Dejan Sztojkovics, az amerikai Buffalói Egyetem kozmológiaprofesszora kifejtette, a kisebb fekete lyukak összeolvadásával létrejött fekete lyukak lassan, a környező gáztömegek akkréciója (befogása) révén létrejött fekete lyukak viszont gyorsan forognak, s a Sagittarius A forgási sebessége arra utal, hogy tömegének nagy része akkrécióból származik. A róla készült felvételen pedig a szélsőséges mértékű gravitáció által meghajlított akkréciós korongnak a szupernagy fekete lyuk túloldalán lévő része – pontosabban annak teteje és alja – is látható, mivel az objektum annak fényét is meghajlítja.

Fentebb már szó esett arról, hogy a szupermasszív fekete lyukak változó intenzitással nyelik el a csillagközi gázt, ám van, amelyiknél ez a folyamat leáll. A mintegy 300 millió fényévre található SDSS1335+0728 kódnevű galaxisban viszont akkora fényességnövekedés lépett fel, hogy az Európai Déli Obszervatórium kutatói szerint a csillagváros központjában lévő nagyon nagy tömegű fekete lyuk „felébredt”, s olyan erőteljesen kezdi elnyelni a körülötte lévő csillagközi gázt, hogy a galaxis magja aktív galaxismaggá vált.

A világegyetem mélyét kutató űrtávcsövek segítségével pedig ősi és érdekes szupermasszív fekete lyukakat fedeznek fel. A Bogdán Ákos, az amerikai Harvard és Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársa által vezetett kutatócsapat a James Webb- és a Chandra-űrtávcső felvételeinek elemzésével a mintegy 13,2 milliárd fényévre eső UHZI-galaxisban felfedezett egy, az ősrobbanás után 470 millió évvel később keletkezett nagy tömegű fekete lyukat. A becslések szerint 10–100 millió naptömegű, megközelíti a galaxis csillagainak az össztömegét, de még mindig növekedésben van, s az elemzések szerint óriási gázfelhők összeütközése révén jött létre. Ám bukkantak már rá sokkal nagyobb szupermasszív fekete lyukakra is. A nagy-britanniai Durhami Egyetem csillagászai a kb. 2,7 milliárd fényévre található Abell 1201 csillaghalmaz középpontjában egy 30 milliárd naptömegű szupernagy fekete lyukat fedeztek fel, mely az eddig ismert leghatalmasabb szupermasszív fekete lyuk. De miként születtek már a világegyetem első százmillió éveiben is óriási nagy tömegű fekete lyukak? A James Webb-űrtávcsővel végzett kutatás során két, 50 millió naptömegű fekete lyukra bukkantak, melyek mindössze 740 millió évvel az ősrobbanás után jöttek létre galaxisaikkal együtt, s a vizsgálatok szerint csillagvárosaikkal együtt az összeolvadás fázisában vannak. Így az is lehetséges, hogy az óriási ősi szupermasszív fekete lyukak két-két nagy tömegű fekete lyuk egybeolvadása révén jöttek létre.

Fedeztek fel viszont olyan nagyon nagy tömegű feketelyuk-párost is, mely nem tud összeolvadni. A B2 0402+379 kódjelű elliptikus galaxis központjában található a legnagyobb ismert páros, melynek összesített tömege 28 milliárd naptömeget tesz ki. Az objektumok 24 fényévre vannak egymástól, és éppen a hatalmas tömegük miatt nem olvadnak össze: egymás felé körözve olyan gravitációs hatást fejtettek ki a környezetükre, mellyel eltávolították onnan a csillagok és a csillagközi gáz nagy részét, így a közel üressé vált térben nem találtak több bekebelezhető anyagot, s nem tudtak tovább közeledni egymás felé.

De mekkora lehet a szupermasszív fekete lyukak tömegének a felső határa? Nos, 50 milliárd naptömeg fölötti fekete lyuk esetében már annyira felhevül a belé áramló anyag, hogy sugárzásának a nyomása szétfújja az akkréciós korongot, így nem marad több gáz, amit magába vonzhatna a szupernagy fekete lyuk. Ezen érdekes objektumok kutatása pedig tovább folytatódik.

Lajos Mihály