\"Porból lettünk, porrá leszünk\"
-
#2049
Közepes tömegű fekete lyukat találtak egy galaxisban
2007. május 21., hétfő
Az ESA XMM-Newton röntgenteleszkópja segítségével újabb bizonyítékot találtak az eddig vitatott közepes tömegű fekete lyukak létezésére.
Az ESA XMM-Newton röntgenteleszkópjának méréseit egy új módszerrel elemezve újabb bizonyítékot találtak az eddig vitatott, ún. közepes tömegű fekete lyukak (IMBH, Intermediate Mass Black Hole) létezésére.
Az eljárást 1998-ban L. Titarchuk, a NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) kutatóközpontjának munkatársa javasolta, s első alkalmazásként kollégájával, N. Shaposhnikovval (szintén GSFC) meghatározta a tőlünk mintegy 10 ezer fényévre a Hattyú csillagképben található Cygnus X-1 katalógusjelű fekete lyuk tömegét. A számítások alapján a kettős rendszerben található objektum tömege 8,7 naptömegnek adódott, kb. 10%-os bizonytalansággal. A kettőscsillag másik komponense egyébként egy kék szuperóriás csillag, míg rendszerük azért is érdekes, mert ez volt az elsőként felfedezett, röntgensugárzása alapján már az 1970-es évek elején is fekete lyukat tartalmazónak tekintett égitest. Független módszerekkel mások korábban 10 naptömegnyire hozták ki a Cyg X-1 röntgensugárzását generáló objektum tömegét, ami azért jó, mert jelzi Titarchuk és Shaposhnikov módszerének alkalmazhatóságát – ez aztán olyan esetekben is jól jöhet, amikor az egyéb módszerek nem működnek.
![]()
Fantáziarajz a Cygnus X-1 röntgenforrásról, ami egy fekete lyukból és egy kék szuperóriás csillagból álló kettős rendszer.
Az előbbi kutatóktól függetlenül a GSFC egy másik csoportja T. Strohmayer és R. Mushotzky vezetésével a Titarchuk-módszert alkalmazta az XMM-Newton teleszkóppal gyűjtött adatokra, s ez alapján egy közepes tömegű fekete lyukra bukkant. Eredményeik szerint a közeli NGC 5408 katalógusjelű galaxisban az egyik ultrafényes röntgenforrás (ULX, Ultra Luminous X-ray) valójában egy körülbelül 2000 naptömegű fekete lyuk, s így ma a legjobb példa az IMBH-k létezésére.
A kérdés elméleti szempontból azért érdekes, mert nincs általánosan elfogadott mechanizmus a közepes tömegű fekete lyukak keletkezésére. Létezésük ugyanakkor "kívánatos" lenne, mert kitöltenék a Cygnus X-1-hez hasonló, nagytömegű csillagok összeomlásakor keletkező 5-20 naptömegnyi és a galaxisok centrumában található óriási, akár 1 milliárd naptömeget is elérő fekete lyukak közötti űrt.
A fekete lyuk tömegének becslésére szolgáló Titarchuk-féle módszer a fekete lyuk és az azt körülvevő anyagbefogási (akkréciós) korong közötti kapcsolatot használja ki. A korongban lévő gáz nem egyenes vonalú, hanem spirális pályán halad a fekete lyuk felé, aminek oka az egyik legáltalánosabb természeti törvény, az impulzusnyomaték megmaradása. Ha a fekete lyuk anyagbefogási rátája túlságosan megnő, akkor a fekete lyuk közelében az anyag egy forró területen feltorlódik. Az ilyen típusú feketelyuk-jelöltek egyébként elsősorban ezen forró foltok intenzív röntgensugárzása alapján azonosíthatók.
A forró területek azért alkalmazhatók a központi tömeg becslésére, mert mint azt Titarchukék kimutatták, egyenes arányosság áll fenn a torlódási területek fekete lyuktól mért távolsága (s így keringési periódusa) és a fekete lyuk tömege között: minél nagyobb a centrum tömege, annál messzebb alakulnak ki a röntgensugárzó forró foltok, azaz annál hosszabb lesz a keringési periódusuk. A modellben az anyagbefogási ráta változása a feltorlódó forró gáz röntgensugárzásának intenzitásában bekövetkező majdnem periodikus változások (QPO, Quasi-Periodic Oscillations) formájában jelentkezik, ami nagyon sok fekete lyukat tartalmazó rendszernél megfigyelhető. Ezen oszcillációkhoz ugyanakkor a rendszer spektrumában bekövetkező, viszonylag egyszerű és könnyen előrejelezhető változások is kapcsolódnak, aminek oka a beáramló gáz hőmérsékletében a tömegátadás sebességének változása miatt bekövetkező emelkedés, illetve csökkenés. A NASA Rossi röntgenteleszkópjának (RXTE, Rossi X-ray Timing Explorer) mérései alapján szoros összefüggés van a QPO-k frekvenciája és a röntgenspektrum között, ami jelzés arra, hogy a fekete lyuk milyen hatásfokkal bocsát ki röntgensugárzást.
![]()
Fantáziarajz egy ultrafényes röntgenforrásról (ULX), melyekről sok kutató azt gondolja, hogy egy közepes tömegű fekete lyukat (IMBH) tartalmaznak, ami anyagot szív át a kísérőjéről, s a detektálható röntgensugárzás forrása az akkréciós korongban keletkező forró folt.
Shaposhnikov és Titarchuk az RXTE segítségével a módszert egy 3 naptömegű fekete lyukra alkalmazta a Tejútrendszerben, s azt találták, hogy ez a tömegmérési eljárás nagyon jól használható más, konkurens módszerekkel összehasonlítva. Strohmayer és Mushotzky munkacsoportja az XMM-Newton mérései alapján két QPO-t azonosított a Centaurus csillagképben 16 millió fényévre található NGC 5408 jelzésű galaxis legfényesebb röntgenforrása, az NGC 5408 X-1 sugárzásában. A detektált QPO frekvenciák, valamint a forrás luminozitása és spektrális jellemzői mind azt sugallják, hogy itt egy közepes tömegű fekete lyuk hatását figyelhetjük meg. Mivel másik két független tömegmeghatározási módszer is egy kettes faktoron belül hasonló eredményt ad, ezért a kutatók úgy gondolják, hogy valóban a közbülső tömegtartományba eső fekete lyukak egy példányát találták meg. Az esetleges bizonytalanságot talán csak az jelzi, hogy az egyik társszerző az NGC 5408 X-1 tömegét inkább 100 naptömeghez közelinek becsüli.
A két kutatócsoport eredményei két cikkben fognak megjelenni az Astrophysical Journal c. szakfolyóiratban.
Forrás: ESA News, 2007. május 16.
