Az Európai Űrügynökség Gaia űrtávcsöve által gyűjtött, óriási mennyiségű adatot átböngészve bukkantak a kutatók az „alvó óriásra”. A hatalmas, a Napnál 33-szor nagyobb tömegű fekete lyuk a Sas csillagképben bujkál, kevesebb mint kétezer fényévre a Földtől. Ez az eddigi legnagyobb, a Tejútrendszeren belül azonosított, csillagokból eredő fekete lyuk: korábban csak más, távoli galaxisokban találtak hasonlót. A felfedezés új kihívást jelent az óriáscsillagok kialakulásáról és fejlődéséről alkotott tudományos elképzelések számára.
A fekete lyukak olyan sűrűre összetömörödött égitestek, amelyek gravitációját semmi, még a fény sem tudja legyőzni. Az általunk ismert legtöbb fekete lyuk anyagot nyel el a vele egy rendszerben található csillagról. A csillagról származó anyag nagy sebességgel zuhan rá a fekete lyukra, miközben annyira felforrósodik, hogy röntgenfényben kezd világítani. Ezeket az égi objektumokat nevezzük röntgenkettősökek.
Ha viszont a fekete lyuk nincs elég közel a kísérőjéhez, nem tud anyagot sem elszívni onnan, és így nem lesz semmi, ami fényt keltsen körülötte. Az ilyen „csendes” vagy „szunnyadó” fekete lyukakat kivételesen nehéz észrevenni.
A Gaia negyedik adatközlését előkészítő kutatók csillagok milliárdjainak mozgását nézik át, és összetett tesztek sorozatát végzik el az adatokon, azok helyességét ellenőrzendő. A csillagok mozgását befolyásolhatják például kísérők. Ezek lehetnek könnyűek, például exobolygók; nagyobb tömegűek, ilyenek a társcsillagok, vagy egészen nagy tömegűek, mint a fekete lyukak. A Gaia Kollaboráción belül külön csoportok foglalkoznak bármilyen „furcsaság” kivizsgálásával.
Az egyik csoport éppen ezzel a feladattal volt elfoglalva, amikor a figyelmük egy öreg óriáscsillagra esett, 1926 fényévre tőlünk, a Sas csillagképben. A csillag mozgásában megjelenő imbolygást részletesen megvizsgálva nagy meglepetés érte őket. A csillag egy csendes és kivételesen nagy, 33 naptömegű fekete lyuk körüli pályán kering. Ez volt a Gaia által felfedezett harmadik csendes fekete lyuk, amelyet így el is neveztek „Gaia BH3”-nak. Az eredményeket az Astronomy and Astrophysics című szaklapban tette közzé a Gaia Kollaboráció, amelynek a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Csillagászati Intézetének tíz kutatója is tagja.
A Gaia által felfedezett három fekete lyuk helyzete a Tejútrendszerben (Forrás: ESA/Gaia/DPAC- CC BY-SA 3.0 IGO)
A felfedezés jelentőségét az objektum tömege adja. A Tejútrendszerben található, csillagokból kialakult fekete lyukak tömege 10 naptömeg körül van. Az eddigi rekorder a Hattyú csillagképben található Cyg X-1 röntgenkettős fekete lyuka volt, amelynek tömege a Napénak hússzorosa.
„Ez az a fajta felfedezés, ami csak egyszer történik meg veled a kutatói életed során”, lelkendez Pasquale Panuzzo, a Párizsi Obszervatórium (Observatoire de Paris, CRNS) kutatója, az objektumot leíró szakcikk vezető szerzője. „Eddig ilyen nagy fekete lyukakat csak távoli galaxisokban azonosított a LIGO–Virgo–KAGRA kollaboráció, a gravitációs hullámok megfigyelésének köszönhetően.”
Ugyanezt emelte ki Kiss László, a HUN-REN CSFK főigazgatója is, aki nem vett részt a Gaia munkájában. „Érdekes véletlen, hogy a Gaia által felfedezett fekete lyuk tömege szinte pontosan megegyezik a LIGO gravitációshullám-detektor által 2015-ben elsőként észlelt kettős fekete lyuk komponenseinek tömegével – csak éppen itt közönséges csillaggal alkot kettős rendszert. Az új felfedezés függetlenül megerősíti azt a képet, hogy 20-40 naptömegű fekete lyukak meglepően nagy számban létezhetnek itt a Tejútrendszerben is.”
A felfedezést a Gaia űrtávcső adatainak páratlan pontossága adta, amely lehetővé tette a tömeg pontos meghatározását. Azonban a csillagászokat komoly kihívás elé állítja a Gaia BH3-hoz hasonló fekete lyukak megmagyarázása. A csillagfejlődési elméletek szerint a nagy tömegű csillagok jelentős mennyiségű anyagtól szabadulnak meg erős csillagszél, illetve a végső szupernóva-robbanás hatására. A visszamaradó neutroncsillag vagy fekete lyuk a csillag magjából alakul ki: de harminc naptömegű magot megmagyarázni nagyon nehéz. A megoldás viszont közelebb lehet, mint gondolnánk.
A fekete lyuk kísérő csillaga ugyanis szintén különleges: egy nagyon öreg óriáscsillag, ami az ősrobbanás után mindössze kétmilliárd évvel született meg, amikor a Tejútrendszer is csupán formálódott. Színképének elemzése alapján kémiailag is ősi, alig tartalmaz a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemeket. Ez igen figyelemre méltó, ugyanis először sikerül vele alátámasztani azt az elméletet, hogy a nagy tömegű fekete lyukak, amelyeket a gravitációshullám-detektorokkal fedeztek fel, ősi csillagok összeroskadásából jöttek létre. Eszerint a korai csillagok máshogy fejlődhettek, mint a mai, nehezebb elemekben gazdag óriáscsillagok.
A Gaia BH3 és kísérőcsillaga: a rendszer mozgása az égbolton (balra), egymás körüli pályájuk az égboltra vetítve (középen), valamint a kísérőcsillag radiális sebességének változása (jobbra). (Forrás: ESA/Gaia/DPAC - CC BY-SA 3.0 IGO, készítette Pasquale Panuzzo.)
A Gaia BH3 felfedezése tehát csak a kezdet, és még sok vizsgálat célpontja lesz ez a zavarba ejtő rendszer. A Gaia Kollaboráció a negyedik adatközlés előzetes adatainak ellenőrzése során bukkant erre az „alvó óriásra". A felfedezés annyira kivételesnek bizonyult, hogy a kutatók úgy döntöttek, hogy a teljes adatközlés elkészülte előtt bejelentik azt. A várakozások szerint a negyedik katalógus aranybányának fog bizonyulni a kettős rendszerek tanulmányozása és további csendes fekete lyukak felfedezése szempontjából is.
„Ismét igazolódik az a várakozás, miszerint a Gaia méréseiből kapott eredmények tárháza szinte kimeríthetetlen. Az ilyen jellegű felfedezést sem lehetett előre sejteni. És a Gaia méréseinek feldolgozása még mindig csak a félidőnél (sem) tart, így további szenzációk várhatók még évekig”, összegezte az eredmények jelentőségét Szabados László, a HUN-REN CSFK emeritus professzora, a szakcikk egyik magyar társszerzője, a magyar Gaia-részvétel megalapítója.
Kapcsolat:
Molnár László (HUN-REN CSFK): molnar.laszlo@csfk.org
HUN-REN CSFK kommunikáció (Ádám Adrienn): kommunikacio@csfk.org
További információk: https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20240416
A szakcikk elérhetősége: https://aanda.org/10.1051/0004-6361/202449763