Lehetetlennek gondolták a létezésüket, most mégis rájuk találtak

Fekete lyukak egy egész új osztályát fedezték fel, amelyek kisebbek, mint amit lehetségesnek hittek a fizikusok.

A fekete lyukak nagyon fontos részét képezik annak a modellnek, amellyel az asztrofizikusok megpróbálják leírni a világegyetem működését, így érthető, hogy a tudósok célul tűzték ki: legalább közvetlen szomszédságunkban, a Tejútrendszerben szeretnének teljes katalógust felvenni e rejtőzködő objektumokról. Ám e lajstrom a jelek szerint még távolról sem teljes:

a legfrissebb kutatási eredmények szerint lehet a fekete lyukaknak egy egész osztálya, amelynek a létezéséről sem vettünk eddig tudomást.

A Science folyóirat legújabb számában csillagászok új módszert javasolnak a fekete lyukak keresésére, és rámutatnak arra a lehetőségre, hogy apró fekete lyukak sokasága vehet minket körül, amelyek méretben mind alulmúlják az eddig ismert legkisebbeket.

Megmutatjuk, milyen jelek utalnak arra, hogy létezhet egy egész populáció, amelynek a létét még bizonyítanunk kell a fekete lyukak utáni további kutatás során

– nyilatkozta Todd Thompson, az Ohiói Állami Egyetem csillagászprofesszora és a tanulmány vezető szerzője. – Régóta próbáljuk megérteni a szupernova-robbanásokat: hogy miként robbannak fel a szupermasszív fekete csillagok, és miként formálódtak az elemek ezekben a szupermasszív csillagokban. Ha rálelnénk a fekete lyukak egy egész új népességére, az még többet elmondana nekünk arról, mely csillagok robbannak fel és melyek nem; melyekből lesznek fekete lyukak, és melyekből neutroncsillagok.

Egy egészen új kutatási terület nyílhat meg ezzel."

Képzeljünk csak el egy népszámlálást, amelyből minden 175 cm alatti ember kimarad – sőt, képzeljük el azt, hogy a számlálók még csak nem is tudják, hogy léteznek ennél alacsonyabb emberek.

Egy ilyen cenzus nyilvánvalóan hamis eredményt adna, hiszen pontatlanul képezné le a leírni kívánt népességet.

Thompson szerint mindmáig pontosan így jártunk el a fekete lyukakkal.

Fekete lyukak és neutroncsillagok

Pedig a csillagászok régóta kutatnak a fekete lyukak után, amelyek arról nevezetesek, hogy legyűrhetetlen gravitációs vonzásukból semmi – sem anyag, sem sugárzás – nem szökhet meg. Fekete lyukak olyankor keletkeznek, amikor egyes csillagok az életük végén összezsugorodnak, ettől felforrósodva anyaguk részét gigantikus robbanásban levetik, megmaradó magjuk pedig tovább összeroppanva elképesztő sűrűséget ér el. Ugyanilyen régóta érdeklődnek a tudósok a neutroncsillagok iránt, amelyek szintén kiégett és összeomlott csillagok apró és sűrű hátrahagyott maradványai.

Mindkét objektumfajta érdekes információkat tartogat a csillagok életéről és haláláról, valamint arról, miként alakultak ki a világegyetem története során a Földet alkotó nehéz elemek.

De a fekete lyukakról értelemszerűen csak úgy nyerhetünk információt, ha előbb kitaláljuk, hol vannak – ehhez pedig tudnunk kell, mit is keresünk pontosan.

Némi kapaszkodót nyújt, hogy a fekete lyukak gyakorta úgynevezett bináris rendszerekben keresendők: olyan csillagpárosok tagjaként, amelyeket a gravitáció egymás körüli keringésre kényszerít. Amikor egy ilyen páros egyik tagja bevégzi csillagsorsát, a másik továbbra is folytatja keringését a távcsövek számára láthatatlan halott társa körül, amely közben neutroncsillaggá vagy fekete lyukká zsugorodott.

Forrás: Universe Today)

Azoknak a fekete lyukaknak a tömege, amelyekről a csillagászat mindezidáig tudott, nagyjából 5 és 15 naptömeg közé esett. Az eddig ismert neutroncsillagok tömege pedig nem haladta meg a 2.1 naptömeget, ami nem véletlen, hiszen a számítások szerint, ha 2.5 naptömegnél nehezebbek volnának, fekete lyukká roskadnának össze. Aztán 2017 nyarán a gravitációs hullámok mérésére kifejlesztett LIGO obszervatórium segítségével csillagászok megfigyelték, ahogy egy körülbelül 1.8 millió fényévnyire lévő galaxisban két fekete lyuk összeolvad egymással, és ezek a fekete lyukak jóval nagyobbak voltak a szokásosnál: 31, illetve 25 naptömegnyiek.

Ez annyira látványos dolog volt, egyszeriben mindenki felkiáltott, hogy 'hűha!'

– meséli Thompson. – És nemcsak azért, mert a megfigyelés igazolta, hogy a LIGO működik, hanem mert a becsült tömegek ilyen hatalmasak voltak. Ekkora fekete lyukakat találni nem semmi –nem láttunk ilyet azelőtt."

Igazi kép egy fekete lyukról Forrás: EHT Collaboration

Thompson a többi asztrofizikussal együtt már régóta gyanította, hogy akadhatnak fekete lyukak az ismert mérettartományon kívül is, és a LIGO felfedezése bizonyította a szokásosnál nagyobb fekete lyukak létezését. Betöltetlen maradt még azonban a legnagyobb neutroncsillagok és a legkisebb ismert fekete lyukak közötti méretablak, úgyhogy Thompson elhatározta, hogy utánajár ennek a rejtélynek. Tudóstársaival együtt elkezdte átfésülni az APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) kísérlet eredményeit, amelyben Tejút-szerte mintegy 100 ezer csillag sugárzási spektrumát vették fel.

Árulkodó spektrumok

Thompson rájött, hogy a spektrumok árulkodhatnak arról, ha egy csillag egy másik égitest körül kering: a spektrum időbeli ingadozásai, például a rövidebb hullámhosszak felé, majd a hosszabb hullámhosszak felé történő váltakozó eltolódás utalhat arra, hogy egy csillag egy láthatatlan társ körül rója útját. Olyan csillagok után kutatott hát a kísérlet adatbázisában, amelyek ilyesfajta váltakozást mutatnak, hiszen ezek potenciálisan egy fekete lyuk látható párjai lehetnek. Az APOGEE adataiban való hosszas böngészés után a 200 legérdekesebbnek tűnő csillagra szűkítette a kört, s ezek adatait átadta egy fiatal kollégának, Tharindu Jayasinghénak, aki minden szóban forgó bináris rendszerről képek ezreit hívta le az ASAS-SN adatbázisból. Az ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae) egy automatizált keresőrendszer, amely a teljes égboltot átfésülve szupernóvák után kutat, és azokról felvételeket készít.

Kitartó kutatásuk eredményeképp ráleltek egy vörös óriásra, amely szemlátomást kering valami körül,

de ez a valami a számításaik szerint jóval kisebb, mint bármely ismert fekete lyuk a Tejútrendszerben, ugyanakkor messze nagyobb a legtöbb ismert neutroncsillagnál.

További számítások elvégzése és más mérési eredmények figyelembevétele után arra a következtetésre jutottak, hogy amit találtak, az egy extra kicsi, mindössze 3.3 naptömegnyi fekete lyuk.

Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

„Nemcsak kidolgoztunk egy új módszert a fekete lyukak keresésére, de azonosítottunk egy olyan objektumot, amely a csillagászok előtt eddig ismeretlen alacsony tömegű fekete lyukak egész új osztályának első képviselője lehet – foglalta össze Thompson. –

A tömeg márpedig lényeges, mert sokat elmond az égitestek kialakulásáról és fejlődéséről, és úgy általában a természetükről."