2008.03.01. - Mi történik nagytömegű fekete lyukak ütközésekor?

Számítógépes szimulációk alapján a galaxisok középpontjában található nagytömegű fekete lyukak szoros megközelítése nem feltétlenül végződik az összeolvadásukkal.

A korszerű megfigyelési technikának köszönhetően ma már egyre több olyan példát ismerünk, ahol - kis túlzással természetesen - éppen két galaxis "ütközésének" vagyunk tanúi. Mivel az elképzelések szerint ezek legtöbbjének középpontját nagyon nagy, többszáz millió, esetleg néhány milliárd naptömegű fekete lyukak foglalják el, a galaxisok összeolvadásának problémáján túl érdekes az a kérdés is, hogy mi történik ezen objektumokkal a kölcsönhatás során. A rendkívül gyorsan forgó, s nagyon nagy tömegű résztvevők hatása a kozmikus környezetükre óriási, így a kölcsönhatás folyamata - ami lehet direkt ütközés, vagy az egymás felé spirálozó mozgás végén bekövetkező összeolvadás - minden bizonnyal a Földről is megfigyelhető, már ha tudjuk, hogy milyen nyomokat keressünk.

Két nagytömegű fekete lyuk összeolvadási folyamatát bemutató animáció részletei.
[NASA/CXC/A. Hobart]

G.A. Shields (University of Texas, Austin) és E.W. Bonning (Yale University) szimulációi alapján a központi fekete lyukak kölcsönhatása azonban nem feltétlenül végződik az objektumok összeolvadásával. A közöttük fellépő erőhatások ugyanis olyan óriásiak, hogy egyiküket jelentékeny, akár másodpercenkénti több ezer kilométeres sebességgel egyszerűen kirepíthetik az egyre szorosabbá váló rendszerből. A hatás akkor a legerősebb, ha a két fekete lyuk forgásiránya ellentétes, de anyagbefogási korongjaik síkjai nagyjából egybeesnek. A folyamat nagyon gyorsan zajlik le, az egyik fekete lyuk a másodperc töredéke alatt akkora lökést kaphat, hogy végleg elhagyja az összeolvadással keletkező új galaxist, miközben az egybeolvadó akkréciós korong egy részét is magával ragadja.

Kétezer próbatesttel végzett számítógépes szimuláció eredménye a kidobódás után 1 és 2,5 időegységgel, ami a kidobódás előtti korong adott helyén érvényes Kepler-féle rotációs periódussal van meghatározva. A kidobódás iránya 45 fokos szöget zár be a fekete lyuk forgástengelyével.
[Shields és Bonning]

A kirepülés eredményeként az instabillá váló anyagbefogási korongban keletkező lökéshullámok miatt rövid idő alatt jelentős mennyiségű energia disszipálódik, aminek következtében a lágy röntgentartományba eső, több ezer éven keresztül fennmaradó felvillanás (fler) jön létre. A keletkező lágy röntgensugárzást a korong anyaga jelentős részben elnyeli, majd a gáz az ultraibolya és látható, a por pedig az infravörös tartományban sugározza ki, így a fler tulajdonképpen a megfelelő emissziós vonalak detektálásával azonosítható.

Bár a nagyon nagy tömegű fekete lyukak ilyen kölcsönhatásai viszonylag ritkák, a kidobódást követő röntgen-utófény a számítások szerint elég hosszú ideig tart ahhoz, hogy nagyszámú ilyen eseményt tudjunk majd detektálni, s ezzel a kiváltó folyamatra következtetni. A kutatók becslése szerint 5 milliárd fényéves körzetben a számuk legalább 100-ra tehető.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• UniverseToday
• arXiv:0802.3873v1 [astro-ph]