Régóta ismert tény, hogy galaxisunk, a Tejútrendszer közepén egy szupermasszív, a Napunknál négy milliószor nagyobb tömegű fekete lyuk található. Ez még csak nem is számít kirívónak, úgy tűnik legalábbis minden óriásgalaxis rendelkezik egy gigászi monstrummal a centrumában. Olyanra viszont, amilyet most találtak, még nem volt példa: a fekete lyuk valami úton módon elvándorolt a helyéről.

Művészi elképzelés egy fekete lyukról és a körülötte lévő akkréciós korongról. Habár a fekete lyukból nem láthatunk semmit, a körülötte lévő gáz- és poranyagra gyakorolt hatása igen látványos tud lenni.

A fekete lyuk – definíció szerint – a téridő olyan tartománya, ahonnan az erős gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud elszökni. A gravitációs potenciált a tömeg kelti, a távolsággal fordított arányban csökken, így következik, hogy ezekben az esetekben nagy tömegnek kell relatíve kis térben összesűrűsödnie. A fekete lyuk létezését teát nem pusztán a tömege, hanem a kompaktsága határozza meg. A nagy tömegű csillagok, amelyek életüket szupernóvarobbanásokként fejezik be, tipikusan 5-30 naptömegű (ez mostantól a tömegmértékegységünk) fekete lyukat hagynak maguk után, amelyek mindössze néhány tízkilométeresek. Léteznek azonban ettől jóval masszívabb fekete lyukak is, a milliós (vagy milliárdos) naptömegekről már nem is beszélve. Ez utóbbiak eredete még messzemenőleg nem tisztázott. Habár a fekete lyukak összeolvadhatnak, amikor közel kerülnek egymáshoz, az ilyen jellegű tömegszerzés lassú folyamat és Ősrobbanás óta eltelt idő közel sem lenne elég egy szupermasszív fekete lyuk (SMBH) kialakulásához.

A Tejútrendszer központi régiója és a Sgr A* a röntgen tartományban. (Forrás: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.)

Az egyik ilyen SMBH éppen itt ücsörög a mi galaxisunk közepén, mint pók a hálójában, tőlünk mindössze 25.000 fényévnyire. Az elméleti jóslatok után 1974-ben találták meg az első közvetett bizonyítékot a létezésére (másfélét nem is lehet…), amikor erős, kompakt rádióforrást azonosítottak a Nyilas csillagkép, épp galaxisunk kiszélesedő, központi régiójában, az ún. bulge-ban (magyarul központi dudor, a spirálgalaxisunk kiszélesedő része). A szinkrotron sugárzás nagy sűrűségű anyagra utalt, ami a fekete lyuk közvetlen környezetében lévő, illetve abba belehulló forró gázból származhatott. A Sgr A*-ra keresztelt objektum mibenlétére a csak a kétezres években találtak mindent eldöntő bizonyítékot. Hét éven keresztül figyelték meg rádiótartományban a Sgr A* körül keringő sűrű csillagpopulációjának mozgását. A csillagok pályaadataiból pedig számítható volt a központi objektum paraméterei: nagyjából négymillió naptömeg, 12 millió km-es sugarú (ez a Napnak 17-szerese) tartományon belül. Ez nem lehet más, csak egy fekete lyuk.

A Tejútrendszer centrumában lévő fekete lyuk körül keringő csillagok pályái; összehasonlításul a Naprendszer külső régiójában található Sedna kisbolygó pályája (jobb alsó sarok). (Forrás: Wikipedia/szócikk: Sgr A*)

És ez csak a jéghegy csúcsa, az elfogadott tudományos kép szerint minden nagyobbacska galaxis rendelkezik egy-egy ilyen SMBH-val. A közeliek esetében (Androméda-köd, M32 stb.) a galaxisok csillag- és gázanyagának sebességét tudjuk mérni, amely a centrumhoz közeledve a távolsággal fordítottan arányos növekedést mutat, tehát valószínűsíthető ott egy nagy tömegű központi objektum (vajon mi is lehetne?). A távolabbi galaxisoknál mindez már kimérhetetlen egyedig objektumokra, viszont a teljes galaxis sebességdiszperziója (a sebességértékek eloszlása) még meghatározható pl. spektrumvonalak kiszélesedéséből. Ez pedig, mint a Lokális Halmaz közeli galaxisai megmutatták a számunkra, remekül korrelál a központi fekete lyuk tömegével.

Más a helyzet az ún. aktív galaxismagokkal (active galactic nuclei, röviden AGN), amelyek extrém módon fényesek az elektromágneses spektrum bizonyos vagy akár teljes tartományában. Bár típusuktól és a rálátási szögtől függően az AGN-ek igen változatosak lehetnek, közös pontjuk, hogy a központi, SMBH által keltett nagyenergiájú folyamatokat (pl. jet-szerű kilövellés, akkréciós korong sugárzása stb.) figyelhetjük meg, akár több milliárd fényéves távolságokból. Fényesség tekintetében közülük is kiemelkednek a kvazárok (quasi-stellar object), azaz a csillagszerű AGN-ek, amelyek luminozitása nagyságrendileg 10⁴⁰ W, nagyságrendileg úgy a Tejútrendszerünk teljes fénykibocsátásának ezerszerese.

Művészi elképzelés egy aktív galaxismagról: a fekete lyuk körüli akkréciós korong anyaga ráhull a fekete lyukra, egy része viszont nem ér el odáig, hanem jet-ként kilövődik.

A fenti eszmefuttatásokból egyszerűen összeollózható, hogy a szupermasszív fekete lyukak a galaxisok centrumában találhatóak, az AGN-ek forrásai ezek az óriási fekete lyukak, a kvazár pedig egy AGN; így, ha látunk egy kvazárt, annak illene galaxisa közepén trónolnia. Ezen bejegyzés címszereplője, a 3C186 jelű galaxis kvazárját azonban ez láthatóan hidegen hagyja.

A 3C186 katalógusjelű galaxis (szaggatott vonallal övezve) és a benne látványosan világító, csillagszerű kvazár. Jól láthatóan nem ott van, ahol lennie kellene. (Forrás: NASA, ESA, and M. Chiaberge)

A fenti kvazár, amelyet a Hubble űrtávcső felvételén azonosították és tőlünk nyolc milliárd fényévnyire található, jól láthatóan eltolódott a galaxisa centrumához képest. Habár korábban is azonosítani véltek ehhez hasonló, a szaknyelvben is ’rogue’-nak  (renegát, zsivány…, nem irigylem a legutóbbi Star Wars film hazai forgalmazóját) hívott fekete lyukakat, de ennyire egyértelmű esettel még nem volt dolgunk. A 3C186-t a földfelszíni- és űrtávcsöves megfigyelések útján a röntgentől egészen az infravörösig minden tartományban vizsgálták, meghatározva ezzel az AGN fényességét, energiaeloszlását, valamint a színképét. Az adatokból meghatározhatóvá vált a nem-is-annyira-központi fekete lyuk tömege (1 milliárd naptömeg, de most nem is ez a lényeg), valamint, hogy már 35.000 fényévre jár a centrumtól és még most is 7,6 millió km/h-s sebességgel távolodik tőle. Nagyjából 20 millió év múlva a kvazár teljesen elhagyja a 3C186-t és az intergalatikus térben indul hosszú utazásra.

Természetesen adódik a kérdés, miféle erőhatás lőtte ki a helyéről ezt a roppant tömeget? (Aki szereti a NatGeo-s dokumentumfilmek szemléltetésmódját, annak elárulom, hogy a számítások szerint 100 millió szupernóvarobbanás együttes energiája kellene ehhez. Na most már világos, ugye?)

A magyarázat egészen meglepő és frappáns, a kulcs pedig a gravitációs hullámok. Amikor két galaxis összeolvad (ez elég ’’gyakori’’, a Tejútrendszer is rohan az Androméda-galaxis karjaiba), nem csak a gáz- és csillag anyaguk alkot együttesen egy új, nagyobb galaxist, hanem a központi fekte lyukak is összeolvadnak némi egymásba-spirálozódás után. Ezen ’’násztánc’’ közben gravitációs hullámokat keltenek, legerősebben közvetlenül az összeolvadás pillanatában (az utóbbi másfél évben detektált két gravitációs hullám éppen ilyen összeolvad eredményeként jött létre). Ha azonban a két fekete lyuk jelentősen különbözik tömegük vagy forgásuk tekintetében, akkor jelentős aszimmetria léphet fel és a frissen keltett gravitációs hullámok az egyik irányban sokkal erősebbek lesznek. Ez azt eredményezi, hogy az összeolvadás pillanatában a frissen keletkezett szupermasszív fekete lyuk kapásból egy jókora lökést kap a gravitációs hullámoktól és óriási sebességre tesz szert.

Művészi elképzelés a gravitációs hullámokról. A két kompakt, nagy tömegű test egymásba spirálozódik, miközben a téridőt befolyásoló hullámokat keltenek.

Az izgalmas felfedezés tehát adott, van rá egy még lenyűgözőbb magyarázat, de természetesen a munka még nem ért véget. A kutatók a következő közben az Atacama Larga Millimeter Array-t állítják rá a szökésben lévő kvazárra és galaxisára, hogy minél több megfigyelési bizonyítékkal támaszthassák alá elméletüket.