Fekete lyukak tánca a galaktikus tűzijátékban

2019. november 26. - PFreddy

A színpompás felvételeket szemlélve az lehet a benyomásunk, hogy a galaxisok az Univerzum nyugodt és érinthetetlen csillagszigetei. Hiába azonban az elképesztő tömegük és a végtelennek tűnő távolságok, milliárd éves időskálán előbb-utóbb jönni fog egy hasonló kaliberű galaxis, hogy kezdetét vegye az összeolvadás hosszú káosza. Ugyanez igaz a galaxisok közepén található szupermasszív fekete lyukakra, amelyek szintén párt találnak az összeolvadás során - vagy éppenséggel párokat, ha egy harmadik galaxis is becsatlakozik a történésekbe. Ezekből a különleges triókból mindössze maréknyit ismerünk, a közelmúlt kutatásai azonban két új felfedezéssel is megörvedeztettek bennünket. Köztük az eddig felfedezett legszorosabb fekete lyuk kettőssel, amelyek ütközése már csak idő kérdése - bár azt még nem igazán értjük, ez miként is működik.

ngc6240_spitzerhubble.jpgA alábbiakban is szóba kerülő NGC 6240 összeolvadás közben lévő galaxis a Spitzer és a Hubble űrtávcsövek felvételeiből összeállított képen. (Forrás: NASA / ESA / JPL-Caltech / S. Bush et al)

 

Régóta ismertek összeolvadás alatt álló galaxisok, amelyek főként szabálytalan alakjukkal tűnnek ki a tömegből. Amikor két, egymással összemérhető tömegű elliptikus- vagy spirálgalaxis kerül egymás közelébe, a kölcsönös árapály erők szétcincálják a gáz- és csillagstruktúrákat, amelyeket addig többé-kevésbé szabályos formában tartott a centrális gravitációs potenciál. Az eredmény: évmilliókig tartó káosz, kavarodás, összeolvadás, majd egy óriás elliptikus galaxis létrejötte, amely lassan elkezdi begyűjteni a talákozás során kiszórt anyagot. A hosszú lefolyás miatt egyetlen összeolvadást sem tudunk folyamtában vizsgálni. Szerencsére azonban látunk rengeteg galaxist az interakció különböző fázisaiban, így a kellően nagy számú mintának köszönhetően az összeolvadásokat is kiválóan lehet tanulmányozni. Néhány milliárd év múlva egyébként saját galaxisunk, a Tejútrendszer is ütközni fog az Androméda-galaxissal, ennek pedig egy egészen lenyűgöző éjszakai égbolt lesz majd a végeredménye - már ha lesz akkor bárki is, aki megfigyelné. 

0_6pyck3lpq7qkrnim.gifA Tejútrendszer és az Androméda-galaxis ütközésének szimulációja.

Habár a két kinduló populáció túl ritkás ahhoz, hogy a csillagok jelentős számban ütközzenek egymással, a "tűzijáték" nem marad el teljesen. Az összekeveredő por- és gázanyagban fellépő sűrűsödések ugyanis beindítják a csillagkeletkezést, utóbbi eredményeként pedig nagy tömegű és fényes csillagok új populáció születik meg, még bőven az összeolvadás év(száz)millió alatt. Ennek köszönhető, hogy ezen szabálytalan formájú galaxisokban a porfelhők sötét sávjain kívül a kék árnyalat a domináns - ez a legnagyobb tömegű csillagok színe. A színek és formák valószerűtlen összejátékai miatt az összeolvadó galaxisok kedvelt célpontjai az asztrofotóknak is, legyenek azok amatőr-, profi- vagy Hubble-szintű felvételek.

ngc2623_hlapugh.jpgAz NGC 2623 még az ütközés elején jár a Hubble felvételén. (Forrás: NASA / ESA/ Hubble / M. Pugh) 

De mi a helyzet mindeközben az egészen más ligában játszó szupermasszív fekete lyukakkal (supermassive black hole, innentől SMBH)? Ezek az elképesztő tömegű objektumok alapesetben úgy ücsörögnek a nagyobb galaxisok közepén, mint pók a hálójában; ez alól pedig a Tejútrendszer sem kivétel, még ha a SgrA* névvel illetett fekete lyuk kispályásnak is számít 4 milliónyi naptömegével. Habár az SMBH-k a méretük, de még a gravitációs hatósugaruk szempontjából is eltörpülnek a galaxisokhoz képest, a több millió vagy éppen milliárd naptömegű objektumok szinte önálló életet élnek az összeolvadás alatt. A többesszám használata indokolt, hiszen az összeolvadásban résztvevő mindkét galaxis hozhatja magával saját SMBH-ját a közösbe. Ezek aztán az évek százmilliói alatt lassan közelednek (közben jó pár keringést végeznek az újonnan kialakuló közös tömegközéppont körül), majd egymásba spirálozódva összeolvadnak. A megszülető óriás elliptikus galaxisnak így már egyetlen óriás-szupermasszív (bajos ezt már fokozni) fekete lyuka lesz.

interstellar-black-hole_jpg_1080x0_q100_crop-scale.jpgAz Interstellar című filmben komolyan vették, miként nézhet ki egy fekete lyuk közvetlen környezete. Egy SMBH is hasonló... csak jóval nagyobb.

 

Hacsak, nem szól közbe egy harmadik játékos. Mivel az összeolvadás folyamata kozmikus értelemben is rendkívül sokáig tart, előfordulhat hogy még nem is talált egymásra a két SMBH, amikor a formálódó elliptikus csillagmonstrum már egy újabb galaxissal ütközik, amely szintén hozza magával saját SMHB-ját. Az ilyen rendszerrekből mindössze néhányat ismerünk, és többségükben az egyes fekete lyukak igen csak távol, egymástól több ezer fényévre találhatóak. A közelmúltban azonban rögtön két érdekes esetre is sikerült rábukkani.

3blackholes.jpgA J0849+1114 hármas AGN-rendszer összeolvadás közben lévő galaxis-környezete az SDSS optikai és a Chandra űrtávcső röntgen felvételein. (Forrás: SDSS/NASA)  

 

Elsőként idén augusztusban egy amerikai kutatócsoport publikálta, miként vizsgáltak az elérhető legnagyobb hullámhossztartományon (a röntgentől a rádióig) közel harminc összeolvadó galaxist. Az egyik esetben szemre is jól kivehető, hogy három galaxis vesz részt a táncban, azonban az infravörös mérések révén most sikerült először kimutatni, hogy mindegyik egy-egy masszív fekete lyukkal is rendelkezik. Sőt, a Chandra és a NuStar űrtávcsövek mindhárom centrumból erős röntgensugárzást észleltek, ami az akítv galaxismagok (active galactic nucleus, AGN) sajátja.

729665main_a_blackholeart_pia16695_full.jpgAz AGN is egy óriási fekete lyuk, pontosabban annak környezete: a fekete lyuk nem látható, de az akkréciós korong és a jet igen.

 

Ezek az AGN fekete lyukak nem csak óriásiak, de falánkak is; útjuk során nagy mennyiségű gázt nyelnek el, tovább növelve ezzel tömegüket. A fekete lyuk maga ugyan nem látszik, azonban a felé sodródó anyag alkotta akkréciós korong, illetve a mágneses tér révén révén kijutó részecskék alkotta jet a megfelelő hullámhosszakon vizsgálva valódi kozmikus fáklyákként világítanak. A frissen publikált rendszer (amit azóta magyarok is tanulmányoztak) az első, amelyben három, ütközési pályán lévő AGN-t is meg tudtak figyelni; igaz, erre az ütközésre nem a közeljövőben fog sor kerülni. A trióból a két közelebbi SMBH is több, mint tízezer fényévre van jelenleg egymástól - beletelik ez már pár százmillió évbe.

triple-merger.pngA Hubble űrtávcső UV-méréseinek kontúrjain (középen) is megfigyelhető a három egykori galaxos centruma.

 

Sokkal közelebb tart a nagy fináléhoz a másik friss felfedezés. A nagyjából 340 millió fényévre található NGC 6240 egy tipikus képviselője azoknak a szabálytalan alakú óriásgalaxisoknak, ahol még nem ért véget az összeolvadás. A Chandra röntgentávcső mérései révén eddig is ismert volt benne található két, egymástól 3000 fényévre található AGN (400, illetve 700 millió naptömeggel), ezúttal azonban a kutatók ráeresztették a Very Large Telescope egyik csúcsműszerét, a MUSE-t (Multi Unit Spectroscopic Explorer). A detektor nem csak képet alkot, hanem a látómező minden egyes pontjáról spektrumot is készít, a (főként hidrogén keltette) spektrumvonalak eltolódásából pedig a galaxis egyes részeinek mozgása is megállapítható. Nem utolsó sorban, az adaptív optikával megtámogatott műszer brutális felbontással (konyhanyelven: nagyítással) is bír, ami lehetővé tette az NGC 6240 déli részén található fekete lyuk alaposabb tanulmányozását - és feltárta, hogy valójában két SMBH található egymáshoz igen-igen közel!

3-black-holes-768x768.jpgAz MUSE mérései révén (nagyított részlet) az NGC 6240 olyan mélységeibe is beláthatunk, amelyekre hagyományos optikai felvételekkel egyébként nem. (Forrás: P. Weilbacher / NASA / ESA / Hubble Heritage / A. Evans  / NRAO)

 

A 'közel' persze még mindig 650 fényévet jelent, azonban így is ez az eddig felfedezett legszorosabb szupermasszív fekete lyuk kettős. A végső összeolvadásuk spedig százmilliók helyett már csak néhány millió évre van, addig ugyanis még jó néhány kört futnak egymás (vagyis a közös tömegközéppontjuk) közül. Akkor érkeznénk el a legizgalmasabb fejezethez, amit a szakirodalom a "final parsec problem" néven emleget (1 parsec = 3,24 fényév), vagyis, hogy mi történik az utolsó métereken fényéveken. A kölcsönös tömegvonzásuk ugyanis olyan sebességre és pályára állítja a fekete lyukakat, amelyeknél az ütközés jelen (igencsak szegényes) ismereteink szerint nem történhetne meg - a tapasztalat azonban azt mutatja, hogy mégiscsak bekövetkezik az összeolvadás, sőt, már szép számmal észleltek is az összeolvadások során produkált gravitációs hullámokat.

deafeningpassionateharborseal-size_restricted.gifPedig az animáción szinte egyszerűnek tűnik.

 

Habár az Univerzum jelenlegi állapotában valószínűsíthetően ritkák a hasonló hármas rendszerek, most mégis sikerült két új rendszert azonosítani. Jó idők járnak tehát az galaxisok kölcsönhatásait kutató csillagászokra, adott minden, ami egy jó kutatási területhez kell: a tanulmányozható objektumok növekvő száma, a fejlődő megfigyelési technikák, közeli és távoli rejtélyek, valamint (nem utolsó sorban) baromira látványos felvételek. Mindez pedig csak még jobb lesz az Extreme Large Telescope és a James Webb Space Telescope korszakában, amikor a részleteiben vizsgálható galaxisok száma jelentősen megnő az időben visszafelé tekintve - amikor még a galaxis-ütközések is jóval gyakoribbak voltak.

ngc4038_ssro.jpgAz Antenna Galaxisokban teljes pompájukban. (Forrás: NASA / ESA / Hubble)

 

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr3515326252

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2019.11.27. 15:47:27

A képek is, de főleg az animációk nagyon látványosak. :-) Kár hogy az Androméda galaxissal való találkozásunkat nem érem meg. :-)

PFreddy 2019.11.28. 12:42:31

@rdos: Köszönet a visszajelzésért!
Egy összeolvadó galaxisban élő civilizációt valószínűleg épp az frusztrálna, hogy "nem látni ki rendesen" a galaxisból, midenfelé csak fényes csillagok és porfelhők... :)

korxi 2019.11.29. 08:49:27

Szuper! Ez is egy nagyon jó poszt volt, azzal együtt hogy a téma nem ismeretlen, már a jelen blog egyes korábbi posztjai alapján sem.
Külön jópont, amiért az van írva (valamint zárójelben pontosítva van) a két SMBH- vonatkozásában hogy közös tömegközéppont körül, nem pedig "egymás körül" keringenek, ami utóbbit én az ismeretterjesztő csillagászati irodalom leghülyébb kifejezésének tartok.

@PFreddy: És tényleg, ebbe még bele sem gondoltam. Biztosan vannak ilyen civilizációk, és még ha akár fejlettebbek is nálunk, esélyes hogy többet tudunk az Univerzumról, egyszerűen azért mert jobban látjuk. Míg nekik kb. az lehet a véleményük hogy az Univerzum egy kavargó kaotikus káosz, hiszen csak ezt látni azokban fényévszázezrekben, ameddig a szem ellát:) Spirálgalaxist talán még sosem láttak, nem is tudják hogy úk is azok voltak egykoron:)

Van egy kérdésem: A galaxisok osztályozásában (spirál, küllős spirál, elliptikus, stb.) vannak az ezek közül egyik sem típusú szabálytalan galaxisok. Elmondható hogy ezek mind éppen összeolvadó/ütköző galaxisok, annak valamilyen stádiumában, úgyhogy nem csoda hogy szabálytalanok?
És ha nem erről van, szó, tehát nem ütköznek/összeolvadnak, hanem "csak úgy" szabálytalanok, akkor az miért van? Ezek miért nem képesek normálisan szép - spirális, vagy azok összeolvadása után elliptikus - konfigurációba rendeződni, ha a legtöbb galaxis ezt teszi ? Kevés vagy túl ritka ott a sötét anyag, ami ezt (jelen hipotéziseink szerint) elősegíti, vagy valami ilyesmi?

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2019.11.30. 18:56:21

@PFreddy: Viszont több lenne a csillagászati értelemben közeli csillag. Két galaxis "összeolvadó - táguló, de trendjében szűkülő sugarú ritmikus tánca" esetén 2-szer több közeli csillag célpontja lehet Naprendszerünkön túli űrutazási célnak. :-) Jó, ez még a "jövő zenéje", ha egyáltalán valaha megéljük a csillagok közötti űrutazást. :-(

Kicsit off, de látom a Sci-fi nem áll távol Tőled-Tőletek és ha már 2-szer több közeli célpont felmerült bennem.. Sci-fi-t ajánlok gumától, (aki egy nagyon termékeny és sokoldalú blogger). Ha nem ismernétek..

offforever.blog.hu/2012/10/14/lakott_sziget_a_betiltott_film

PFreddy 2019.12.09. 12:43:59

@korxi: Köszönet a visszajelzésért!

"Van egy kérdésem: A galaxisok osztályozásában (spirál, küllős spirál, elliptikus, stb.) vannak az ezek közül egyik sem típusú szabálytalan galaxisok. Elmondható hogy ezek mind éppen összeolvadó/ütköző galaxisok, annak valamilyen stádiumában, úgyhogy nem csoda hogy szabálytalanok?"

Nem feltétlen, pl. a törpegalaxisok zöme is irreguláris.

"Ezek miért nem képesek normálisan szép - spirális, vagy azok összeolvadása után elliptikus - konfigurációba rendeződni, ha a legtöbb galaxis ezt teszi ?"

Egyrészt hiányzik belőlük a központi SMBH, amelynek a tömege (más galaxisokban) szépen korrelál a központi régióval (bulge-dzsal) és így közvetve a galaxis alakjának szabályosságával is. Hogy pontosan miért létezik ez a korreláció (avagy co-evolution, együttfejlődés) még nem tisztázott; hiszen a SMBH akármilyen böszme nagy is, legfeljebb néhány fényév távolságon belül számít dominánsnak gravitációs szempontból.
Másrészt ezek a törpegalaxisok jobban ki vannak téve az óriások okozta árapály-erőknek, így az alakjuk már azt is megsínyli, ha csak elhaladnak mondjuk a Tejútrendszer közelében. A törpegalaxisok jelentős része amúgy többé-kevésbé szabályos elliptikus.

PFreddy 2019.12.09. 12:49:19

@rdos: Sőt, rövid úton (pár tízmillió év) beindulna a csillagkeletkezés is, ami egy rakás új fényes csillagot eredményezne.

"Kicsit off, de látom a Sci-fi nem áll távol Tőled-Tőletek és ha már 2-szer több közeli célpont felmerült bennem.. Sci-fi-t ajánlok gumától, (aki egy nagyon termékeny és sokoldalú blogger). Ha nem ismernétek."

Köszönet, felvettem az ( egyre terebélyesedő) listámra. Szeretnék több sci-if tartalmat a blogra, de sajnos nem tudok annyi tartalmat (legyen az könyv vagy sorozat) fogyasztani, mint amennyit szeretnék. Remélhetőleg hamarosan segítséget kapok sci-fi témában aópár kollégámtól.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2019.12.09. 16:38:55

@PFreddy: Sci-finek sci-fi, de van neki áthallása napjainkra is. Főleg a 2.része.

korxi 2019.12.10. 09:38:57

@PFreddy: Ó jah, a törpegalaxisokról megfeledkeztem, de azok persze hogy olyanok, de azokat nem tekintem teljesértékű galaxisnak. Jelentős részüknek meg vannak számlálva a napjai, és addig is amíg vannak, petdsze hogy olyanok, amilyenek:)

A poszt témája ugye az hogy vannak hármas galaxisütközések, másrészt az Androméda és a Tejútrendszer is össze fog ütközni, bár az csak kettes ütközés lesz.
Ehhez erősen kapcsolódik, hogy majdnem ez lett itt is, ugyanis a posztban szereplő első animációba nem véletlenül tették bele az átlósan balról jobbra lefelé elhaladó fénylő pöttyöt, az ugyanis, ha jól gondolom a Triangulum galaxis. Korábban azt gondoltuk hogy az is részt vesz majd a dologban, és csak a későbbi modellek mutatták ki hogy épphogy megússza majd az ütközést.

korxi 2019.12.13. 14:34:47

Ami a sci-fi támát illeto, a google play könyvek között találtam az ingynesen letölthető, a Phoenix Wolf-tól származó Törékeny Horizont c. könyvet. Azzal a sztereotípiával álltam neki hogy ingyenes, tehát biztos szar, és ebben elég nagyot tévedtem, ugyanis az egyik legjobb sci-fi amit olvastam. Valójában egy könysorozat első részéről van szó, és joggal apellálhatnak arra, hogy aki elolvassa, az a többi részt majd megveszi.

Valamint, kiböjtöltük, a napokban végre valahára jön a The Expanse 4. évada!

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2019.12.23. 14:34:42

Hasonló, csak itt a csillagok kerengenek a központi fekete lyuk körül. 2o évnyi felvétel gyorsítva lejátszva. Amúgy érdemes az oldalon körbenézni is. :-)

spaceexp.tumblr.com/post/189824528379/stars-orbiting-the-black-hole-in-the-center-of-our