Miről mesélnek a galaxismagok? Kevés olyan egzotikus égi objektum van, amely annyira izgatná az érdeklődők fantáziáját, mint a fekete lyukak és a kvazárok. Ilyen égitesteket vizsgál Gabányi Krisztina csillagász a FÖMI penci Kozmikus Geodéziai Obszervatórium munkacsoportjában. Az OTKA által támogatott programban a kutatók kontinenseken átívelő nagy bázisvonalú rádiótávcső-rendszerekkel is dolgoznak. Ezekkel jóval nagyobb felbontás érhető el, mint optikai tartományban, így sokkal kisebb részleteket lehet megfigyelni egy-egy forrásban, nem is beszélve arról, hogy sok esetben látható fényben nem is lehetne megpillantani őket.
– Egy fiatal csillagászhölgynél mindig valami romantikus indíttatást képzelünk a háttérbe, amiért ezt a szakmát választotta.
– Én ilyenről nem tudok beszámolni, de már gyerekkoromban is csillagász akartam lenni. Városi gyerek vagyok, tehát még csak nem is a csillagos ég látványa ragadott meg. Az egyetemen a rádiócsillagászat tetszett a legjobban, így ebbe az irányba szakosodtam. Az utolsó két évben Fejes István és Frey Sándor tartott előadásokat pulzárokról, aktív galaxismagokról, szupernagytömegű fekete lyukakról. Hatásukra már ebben a témában készítettem a diplomamunkámat.
– El tudott helyezkedni Magyar-országon ezen a területen?
– A doktorit célszerű volt külföldön csinálni. A csillagászat egyébként is nemzetközi tudomány, ebben a témában meg pláne, így megismerhettem más kutatókat, kapcsolatokat építhettem stb. 2003-ban a német Max Planck Rádiócsillagászati Intézetbe kerestek diákokat a doktori programjukba, ami nyíltan az amerikai agyelszívással szembeni konkurencia volt. Bonnban, a VLBI-csoportba kerültem, ahol nagyon hosszú bázisvonalú interferometriát használtunk. Ez azt jelenti, hogy egymástól nagyon nagy, akár több ezer kilométer távolságban elhelyezett rádióteleszkópok figyelik ugyanazt az objektumot. Így a felbontás akkora lesz, mintha egy darab több ezer kilométer átmérőjű eszközt használnánk. A felbontás tovább növelhető az egyik rádióantenna Föld körüli pályára állításával (űr-VLBI).
– Milyen égitesteket vizsgáltak ezzel a technikával?
– Az első vizsgálatok még egyedi antennákkal történtek. Rádióhangos kvazárokat és blazárokat, vagyis aktív galaxismagokat néztünk, amelyek nagyon gyors változást mutattak centiméteres hullámhosszon. A nagyon gyors változás lehet 2-3 napos, de akár 20 perces is, a változás mértéke pedig 20–50 százalékos.
– Mit jelent az, hogy rádióhangos?
– Azt, hogy rádiótartományban tudjuk észlelni. Hogy mitől lesz valami rádióhangos, az jó kérdés. A legtöbb nagy méretű galaxis középpontjában szupermasszív fekete lyuk van. De úgy tűnik, hogy azoknak a fekete lyukaknak van nagyobb valószínűséggel jetjük, amelyeknek nagyobb a perdülete, és ezeket lehet rádiótartományban látni.
A fekete lyuk környezetéből kiáramló relativisztikus jetet, vagyis a fénysebességhez közeli anyagkilövellést figyeljük mi. A kvazárok és blazárok között mindössze annyi a különbség, hogy más-más szögből látunk rá a jetre. A kilövellés viszonylag kis térrészből jön, de mégsem annyira kicsiből, amit ezek a nagyon gyors fényességváltozások implikálnak. Az egyik magyarázat az, hogy nem magában a jetben történik a változás, hanem a nagyon távolról érkező rádióhullámok szóródnak a saját galaxisunkban lévő ionizált csillagközi anyagon. Valahogy úgy, ahogy a Föld légköre is szórja a fényt, ettől látjuk a csillagokat pislogni.
Egy-két ilyen nagyon gyors változást mutató kvazárnál sikerült is bizonyítani, hogy valóban szóródásról van szó. Vannak olyan feltételezések, hogy az úgynevezett Lokális Buborék határával lehetnek kapcsolatban, ami tőlünk nagyjából 300 fényévre van. Sőt, a nagyon gyors, 20 perces fényváltozást mutató források esetén sokkal könnyebben lehet magyarázni a jelenséget egy hozzánk jóval közelebb elhelyezkedő felhővel. Az, hogy az egyik híres, nagyon gyors forrás az utóbbi években „leállt”, azt mutatja, hogy az „ő” felhője „relatíve” kicsi volt és egyszerűen „kiúszott” a látóirányból. A változásokon megpróbáltuk kimutatni a Föld keringéséből eredő éves ciklikusságot is. Ez azonban nem minden esetben sikerült egyértelműen, ami arra utal, hogy a jelenségekre nem egyetlen, mindenre jó magyarázat van, hanem több, ma még ismeretlen összetevő is közrejátszhat. Itt tesz jó szolgálatot a VLBI-technika, amelynek segítségével vizsgáljuk, hogy a jet szerkezetében történő változás is befolyásolhatja-e ezt a jelenséget.
– Jelenleg a penci Kozmikus Geodéziai Obszervatórium munkacsoportjában dolgozik. Itt is hasonló kutatásokat végez?
– Igen, de belefolytam a nagyon nagy vöröseltolódású kvazárok vizsgálatába is, ami Frey Sándor fő témája. Az első publikációm éppen egy nagy vöröseltolódású blazár interferometriás mérése volt. Kevés ilyen objektumot látunk, mert egyelőre nem elég érzékenyek a műszereink, hogy kimérjük őket. Mi a z>5-öt vizsgáljuk.
– Ez azt jelenti, hogy a legtávolabbi és a legnehezebben észlelhető égitesteket próbálják kutatni?
– Valóban magasra tettük a lécet. Minél gyorsabban távolodik tőlünk egy égitest, annál jobban eltolódnak a színképében a vonalak a vörös felé, és annál messzebb vannak tőlünk, vagyis annál régebbre látunk vissza a múltba. Tehát ez a bizonyos z nem csak távolodási sebességet, hanem időszakot is jelöl a világegyetemben. A galaxismagok aktivitásának „virágkora” z=2–2,5 körül lehetett, akkor gyakoribbak voltak a galaxis-összeolvadások (ez hozzájárulhat az aktivitás beindulásához is). Most (z=0), a közvetlen környezetünkben nincs olyan sok aktív galaxismag.
Frey Sándor korábban a z>4–4,5 nagyságú forrásokat figyelte meg, és azt tapasztalta, hogy nem nagyon különböznek a közeliektől. Viszont mintha relatíve több olyan lenne, ami valamilyen szerkezetet mutat. Jelenleg 4 darab z>5-ös blazárt ismerünk. Mi egy 5,18-as vöröseltolódású forrást vizsgáltunk meg részletesebben az európai VLBI-hálózattal. A kapott adatok révén ki lehet számolni az objektum fényességi hőmérsékletét, ami az intenzitását mondja meg a forrásnak. Ebből arra lehet következtetni, milyen fizikai folyamat okozza a rádiósugárzást. Ha 107–108 K-nél nagyobb a fényességi hőmérséklet, akkor szinte biztos, hogy aktív galaxismagnak kell lennie. VLBI-vel, pláne űr-VLBI-vel a szerkezetét is lehet látni.
– Mit mondanak a rádióhangos fekete lyukak a kutatók számára?
– Minél távolabb nézünk a térben, annál korábbi időszakát látjuk az univerzumnak. A megfigyelésekből lehet következtetni arra, hogy létezik-e valamilyen evolúciós folyamat, s akkor több vagy kevesebb, netán másmilyen rádióhangos kvazárokat látunk.
Van is egy kérdés, amelyet éppen ezek a kutatások vetettek fel. A nagy vöröseltolódású kvazárokban lévő fekete lyukak tömegét több milliárd naptömegűre becsülik, ami azért érdekes, mert – távolságuk alapján – akkor jöttek létre, amikor az univerzum nagyjából 1 milliárd éves volt, tehát még elég fiatal. A probléma az, hogy ebben a korai időszakban hogyan és miből tudtak kialakulni ilyen óriási tömegű fekete lyukak.
Egyes feltételezések szerint a kezdeti időszakban sok nagyon nagy tömegű csillag keletkezett, valószínűleg sűrű, kompakt csillaghalmazokban, tagjaik gyorsan szupernóvává váltak és fekete lyukká estek össze. Azt tudjuk, hogy a normál tömegű fekete lyukak normál óriáscsillagokból jöttek létre, és léteznek szupernagytömegű fekete lyukak is. Úgy tűnik, a kettő között is kell lennie valaminek. És éppen mostanában kezdenek felfedezni ilyen, közepes tömegű fekete lyukakat is.
TRUPKA ZOLTÁN
2015/33
