Előfizetés a lapra

Fekete lyukak kimutatása kéksavval

csillagászat, élettelen, fekete lyuk

2013/12/03

 A csillagászati megfigyelőeszközök fejlődésének köszönhetően ma már szinte bizonyos, hogy a legtöbb galaxis (ha nem valamennyi) szívében egy szupernagy tömegű (több millió vagy milliárd naptömegű) fekete lyuk lapul. Azt is megállapították, hogy ezek tömege arányos a vendéglátó galaxis középső, csillagokban és csillagközi anyagban gazdag dudorának tömegével. Ennek alapján feltételezhető, hogy a galaxisok és a bennük lévő fekete lyukak növekedése egymással szoros kapcsolatban áll, valami módon „együtt fejlődnek”. Ennek részleteit még nem ismerjük, ám minél több különböző korú és fejlettségű galaxisról és benne lévő fekete lyukról rendelkezünk megbízható adatokkal, annál többet tudhatunk meg erről a kapcsolatról. Ennek egyik nélkülözhetetlen feltétele a galaxisokban rejtőzködő fekete lyukak kimutatása és tömegének megmérése.

Az NGC 1097 spirálgalaxis az ESO nagyon nagy távcsövének (VLT) optikai tartományban készült felvételén (balra), illetve a 2100 fényév átmérőjű középső tartomány kinagyítva az ALMA megfigyeléseiből készült hamis színezésű felvételen (jobbra) (KÉP:ESO, ALMA (ESO/Naoj/NRAO), T. IZUMI)

 Mivel a galaxisok központi régiójában lévő fekete lyukak körül többnyire nagy a csillagközi por sűrűsége, amely az onnan érkező látható és infravörös fényt erősen elnyeli, ezért az aktív fekete lyukak észlelése ezekben a hullámhossz-tartományokban nehézségekbe ütközik. Ehhez képest a milliméteres/szubmilliméteres hullámhosszak elnyelődése a porfelhőkben jóval csekélyebb mértékű, így ott inkább van esély jellegzetes molekulaspektrumok azonosítására.

 Egy, a fekete lyukak kimutatására alkalmas eljárás kifejlesztése és hatékonyságának igazolása céljából a kutatók a viszonylag közeli (tőlünk 50 millió fényévre levő)  NGC 1097 galaxist választották ki, amelyben korábban már kimutattak egy szupernagy tömegű fekete lyukat. Emellett kiválasztottak három olyan molekulát is, amelyek spektrumának a milliméteres/szubmilliméteres hullámhossz-tartományban jellegzetes emissziós színképvonalai vannak. Ezek a hidrogén-cianid (HCN), a formil-ion (HCO+), és a hidrogén-szulfid voltak. A vizsgálatot a chilei Atacama-sivatagban felépült ALMA-távcsőrendszerrel végezték el.

 Az adatok elemzéséből kiderült, hogy a vizsgált molekulák közül a hidrogén-cianid részaránya jelentős mértékben meghaladja a másik kettőét, különösen a szubmilliméteres tartományban. Hasonló jelenséget milliméteres hullámhosszakon korábban már más galaxisok szupermasszív fekete lyukainak környezetében is kimutattak.

A szupernagy tömegű fekete lyuktól kiinduló jetek a csillagközi gáztömegeknek ütközve felhevítik a gázt, és hidrogén-cianid molekulák képződését indukálják benne (fantáziakép) (KÉP: UNIVERSITY OF TOKYO)

A megfigyelt spektrumok jellemzőinek elemzéséből a kutatóknak sikerült a fekete lyuk körül vizsgált tartomány olyan tulajdonságait is meghatározni, mint például a sűrűség, a hőmérséklet és (részben) a kémiai összetétel. Eszerint abban a régióban, ahol a hidrogén-cianid részaránya megemelkedik, magas hőmérsékletű (több száz fokos) és viszonylag sűrű (köbcentiméterenként 10 ezer és 1 millió közti hidrogénmolekula) gáz található. A kutatók szerint ez egyértelműen a fekete lyuk aktivitásával hozható összefüggésbe, mivel ilyen nagy kiterjedésű, több száz fényévnyi tartományban ilyen magas hőmérsékletet csillagok tevékenysége nem hozhat létre. A megfigyelési adatok is azt sugallják, hogy a fekete lyuktól kifelé távozó anyagnyalábok (jetek) csillagközi anyagba ütközésekor keletkező lökéshullámok okozhatják a gáztömegek felforrósodását, és bennük a hidrogén-cianid molekulák fokozott képződését. Ez utóbbit elméleti modellek is alátámasztják.

 Ennek alapján a kutatócsoport olyan új eljárást javasol a szupermasszív fekete lyukak kimutatására, amely molekuláris színképek szubmilliméteres hullámhossz-tartományba eső jellemzőinek megfigyelésén alapul. Ezzel észlelhetővé válnak olyan fekete lyukak, amelyek az őket körülvevő porfelhők fényelnyelése miatt a látható és az infravörös fény tartományában „láthatatlanok”. A módszer – a galaxisok távolodása miatti vöröseltolódást is figyelembe véve – számításaik szerint 10 milliárd fényévnyi távolságig alkalmazható.

Forrás: alma.mtk.nao.ac.jp/e/news/press­release/20131024unique_chemical_composition_surrounding_supermassive_black_holea_step_toward_development_of_new_blac.html

2013/46