Gömbhalmazban rejtőző fekete lyukak

A csillagászok egy különös dologra bukkantak: egy közepes tömegű fekete lyuk helyett több kisebb tömegű fekete lyukat véltek felfedezni az NGC 6397 jelzésű gömbhalmaz magjában.

Puskás Dávid

Kisebb tömegű fekete lyukak koncentrációja az NGC 6397 gömbhalmaz belsejében – művészi illusztráció. Forrás: ESA/Hubble, N. Bartmann.


A gömhalmazok erős gravitációs vonzás által összetartott sűrű, gömb alakú csillaghalmazok. A nagy sűrűség miatt relatív kis átmérővel rendelkeznek és a bennük található csillagok száma több tízezertől pár millióig terjedhet. Főként idős, 10 milliárdnál több éves csillagokból állnak és a Tejútrendszer halójában helyezkednek el. A galaktikus haló a Tejút korongját övező gömbszimmetrikus térrész, ahogy az alábbi ábra szemlélteti. Eddig mintegy 150 gömbhalmazt fedeztek fel a Tejút körül és kialakulásuk pontosan még máig nem ismert.


Bal oldalon a 100 000 fényév átmérőjű Tejútrendszer felülnézeti ábrája látható, míg a jobb oldalon a galaxis korongja oldalról van ábrázolva, az azt körülvevő halóval és a benne található gömbhalmazokkal (globular clusters). Forrás: NASA/JPL-Caltech (bal), ESA (jobb).



Eduardo Vitral és Gary A. Mamon, a Párizsi Asztrofizikai Intézet kutatói eleinte azt feltételezték, hogy az NGC 6397 jelzésű gömbhalmaz közepében egy köztes tömegű fekete lyuk rejtőzködik [1]. Az említett gömbhalmaz tőlünk 7 800 fényévre található, amely a Földhöz az egyik legközelebb található ilyen objektum. Szinte annyira idős, mint az Univerzum maga és a nagyon magas sűrűsége miatt egy ún. összeomlott magvú gömbhalmaz. A feltételezett köztes tömegű fekete lyuk (intermediate-mass black hole) egy átmenetet képezne a már felfedezett szupermasszív vagy nagyon nagy tömegű (többmillió naptömegű) fekete lyukak, amelyek a galaxisok központjában találhatóak, és a naptömegű fekete lyukak között, amelyek csillagok összeomlásakor keletkeznek. A fekete lyuk egy olyan objektum, amelyet az erős gravitációs vonzása miatt semmi, még a fény se tudja elhagyni. A csillagászat egyik legnagyobb jelenlegi kérdése a köztes tömegű fekete lyukak létezése. Bár újabban akadt kevés számú jelölt, megfigyelésük hiánya nagy rejtélyt jelent. Így a fent említett kutatást jogosan nagy izgalom övezte.


A halmazban található „láthatatlan” tömeget a csillagok mozgásából tudták kiszámítani [2], melyhez a NASA Hubble űrtávcsövének és az ESA Gaia obszervatóriumának precíz sebesség- és pozíciómérései voltak szükségesek. A megfigyelés lényege: nagy tömegek körül a csillagok gyorsabban mozognak. A mérések alapján a gömbhalmaz központjában található láthatatlan tömeg a halmaz össztömegének 0.8-2 százaléka, vagyis 1000-2000 naptömeg. Ez pontosan egy köztes tömegű fekete lyuk jelenlétére utalna.


A csillagászok viszont megállapították, hogy ez a tömeg egy nagyobb területen oszlik szét, nem rendelhető hozzá egy pontszerű objektum. Tehát nem egy darab közepes tömegű fekete lyukról van szó, hanem sokkal inkább több, szorosan elhelyezkedő, kisebb tömegű csillagmaradványról beszélhetünk, amelyek lehetnek fehér törpék, neutroncsillagok, de leginkább naptömegű fekete lyukak. A számítások alapján több mint 20 kisebb tömegű fekete lyuk rejtőzködik szorosan a gömbhalmaz magjában, amit a jelenlegi távcsövekkel sajnos nem vagyunk képesek felbontani. Ezek az objektumok a halmazban található nagy tömegű csillagok fejlődésének maradványai, amelyek az idők során fokozatosan a halmaz belsejébe vándoroltak a gravitáció hatására.


A cikkben szereplő NGC 6397 gömbhalmazhoz hasonló, M13 jelzésű halmaz a Herkules csillagképben. Tőlünk 22 ezer fényévre található és 170 fényév az átmérője. Fényes objektum az éjszakai égen, kistávcsővel könnyen megfigyelhető. A szerző felvétele.



Ez a felfedezés új lehetőségeket tár fel, ugyanis, ha a gömbhalmaz magjában szorosan elhelyezkedő fekete lyukak összeütközve egyesülnek, akkor gravitációs hullámokat fognak kibocsátani. A gravitációs hullám a gyorsuló tömegek által okozott hullámzás a téridőben, amelyet képesek vagyunk a LIGO detektorral a Földről észlelni. Ilyen formában az Univerzumot már több módon, az ún. többhírű csillagászat (multi-messenger astronomy) által is képesek vagyunk megfigyelni, amely számos hasonló kérdés megválaszolására ad lehetőséget.


Források:

[1] https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/hubble-uncovers-concentration-of-small-black-holes

[2] Eduardo Vitral et al, Does NGC 6397 contain an intermediate-mass black hole or a more diffuse inner subcluster?, A&A, 646 (2021) A63, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039650