2008.09.17. - Újabb lé­pés az ak­tív ga­la­xi­sok meg­ér­té­se irá­nyá­ban

Az ESA XMM-New­ton űr­te­lesz­kóp meg­fi­gye­lé­sei alap­ján olyan ún. kvá­zi-pe­ri­o­di­kus osz­cil­lá­ci­ó­kat azo­no­sí­tot­tak egy ak­tív ga­la­xis­mag rönt­gen­su­gár­zá­sá­ban, me­lyek hoz­zá­já­rul­hat­nak ezen eg­zo­ti­kus ob­jek­tu­mok jobb meg­ér­té­sé­hez.

A mai el­kép­ze­lé­sek sze­rint az ún. ak­tív ma­gú ga­la­xi­sok (AGN-k) kö­zép­pont­já­ban óri­á­si, mint­egy 0,1-1 mil­li­árd nap­tö­meg­nyi fe­ke­te lyu­kak fog­lal­nak he­lyet. A ga­la­xis­ma­gok nagy­mér­té­kű ak­ti­vi­tá­sá­nak for­rá­sa a cent­rá­lis fe­ke­te lyuk­ba tör­té­nő anyag­be­áram­lás köz­ben fel­sza­ba­du­ló ener­gia. Az el­mé­le­tek sze­rint az anyag­be­áram­lás fi­zi­ká­ja tu­laj­don­kép­pen füg­get­len a fe­ke­te lyuk tö­me­gé­től, e te­kin­tet­ben ha­son­ló­an vi­sel­ked­nek a jó­val ki­sebb, kö­rül­be­lül 10 nap­tö­meg­nyi fe­ke­te lyu­kak is. Ezek nagy­tö­me­gű csil­la­gok fej­lő­dé­sé­nek vég­ál­lo­má­sai, a Ga­la­xis­ban több tu­cat, ala­po­san vizs­gált kép­vi­se­lő­jük is­mert. Az vár­ha­tó te­hát, hogy az ext­rag­alak­ti­kus fe­ke­te lyu­kak ta­nul­má­nyo­zá­sa az anyag­be­áram­lás ha­son­ló je­le­it tár­ja fel, mint a tej­út­rend­szer­be­li ki­sebb tár­sa­ik meg­fi­gye­lé­sei.

Fan­tá­zia­rajz egy nagy­tö­me­gű fe­ke­te lyuk­ról, a kö­rü­löt­te lé­vő akk­ré­ci­ós ko­rong­ról és az anyag­be­áram­lást kí­sé­rő, a ko­rong­ra me­rő­le­ges ki­fú­vá­sok­ról.
[Au­ro­re Si­mon­net, So­no­ma Sta­te Uni­ver­sity]

A Tej­út­rend­szer­ben ta­lál­ha­tó csil­lag­tö­me­gű fe­ke­te lyu­kak­ba tör­té­nő anyag­be­áram­lá­si fo­lya­ma­tok ta­nul­má­nyo­zá­sá­nak egyik leg­ha­té­ko­nyabb mód­ja a for­rá­sok ál­tal ki­bo­csá­tott rönt­gen­su­gár­zás idő­be­li vál­to­zá­sá­nak elem­zé­se. En­nek ál­ta­lá­ban két tí­pu­sa azo­no­sít­ha­tó, egy szé­les frek­ven­cia­tar­to­mány­ra ki­ter­je­dő ape­ri­o­di­kus vál­to­zás és a jó­val kes­ke­nyebb sá­vot le­fe­dő ún. kvá­zi-pe­ri­o­di­kus osz­cil­lá­ci­ók (QPO-k). Ez utób­bi­ak hasz­nál­ha­tó­ak az akk­ré­ció kü­lön­bö­ző fá­zi­sa­i­nak azo­no­sí­tá­sá­ra. Az el­kép­ze­lé­sek sze­rint a nagy­frek­ven­ci­ás osz­cil­lá­ci­ók a fe­ke­te lyuk köz­vet­len kö­ze­lé­ben ta­lál­ha­tó sta­bil pá­lyá­kon ke­rin­gő anyag­cso­mók­tól szár­maz­nak, tu­laj­don­kép­pen utol­só jel­zé­sek a na­gyon nagy gör­bö­le­tű tér­idő-tar­to­mány­ban moz­gó gáz­tól, mi­előtt vég­leg el­tűn­ne a fe­ke­te lyuk ese­mény­ho­ri­zont­ja mö­gött. QPO-kat sok eset­ben fi­gyel­tek meg már a Ga­la­xis csil­lag­tö­me­gű fe­ke­te lyu­kai ese­té­ben, ak­tív ga­la­xis­ma­gok­nál azon­ban ed­dig még nem si­ke­rült ilyet de­tek­tál­ni.

Ma­rek Gi­er­lin­ski (Uni­ver­sity of Dur­ham) és kol­lé­gái az XMM-New­ton rönt­gen­te­lesz­kóp ál­tal az RE J1034+396 ka­ta­ló­gus­je­lű, ún. kesk­eny­vo­na­lú Sey­fert 1 tí­pu­sú ak­tív ga­la­xis­ról rög­zí­tett 91 ks hosszú­sá­gú adat­sort vizs­gál­ta. Ezen tí­pu­sú AGN-k az el­kép­ze­lé­sek sze­rint né­mi­leg ki­sebb tö­me­gű fe­ke­te lyu­kat tar­tal­maz­nak, mint a ha­son­ló lu­mi­no­zi­tá­sú egyéb ak­tív ga­la­xis­ma­gok.

Már a rönt­gen­fény­gör­be el­ső szem­re­vé­te­le­zé­se is su­gall­ta a pe­ri­o­di­ci­tást, amit az­tán a rész­le­tes elem­zés meg is erő­sí­tett, ki­mu­tat­va a 3600 má­sod­perc kö­rü­li pe­ri­ó­dust az in­ten­zi­tás vál­to­zá­sá­ban. A to­váb­bi vizs­gá­la­tok azt is je­lez­ték, hogy a pe­ri­o­di­ci­tás jel­le­ge a meg­fi­gye­lés so­rán vál­to­zott. Míg az el­ső 25 ks alatt má­sod­la­gos mi­ni­mu­mok és fá­zis­el­to­ló­dás is meg­fi­gyel­he­tő volt, a ma­ra­dék 70 ks alatt a jel rend­kí­vül ko­he­ren­sen vi­sel­ke­dett. Ez pe­dig a ku­ta­tók sze­rint azt je­len­ti, hogy a for­rás nem szi­go­rú­an pe­ri­o­di­kus, in­kább a QPO-k jel­lem­ző­it mu­tat­ja.

Az RE J1034+396 ka­ta­ló­gus­je­lű ak­tív ga­la­xis­mag 3733 má­sod­per­ces pe­ri­ó­dus­sal fel­te­kert rönt­gen­tar­to­mány­be­li fény­gör­bé­je az XMM-New­ton mé­ré­sei alap­ján.
[Gi­er­lin­ski és tsai]

Az RE J1034+396 kö­zép­pont­já­ban he­lyet fog­la­ló fe­ke­te lyuk tö­me­gé­re vo­nat­ko­zó je­len­le­gi becs­lé­sek a száz­ezer és a 10 mil­lió nap­tö­meg kö­zött szór­nak. Gi­er­lin­ski és mun­ka­tár­sai a pe­ri­ó­dus­ra vo­nat­ko­zó ered­mé­nyü­ket fel­hasz­nál­va meg­kí­sé­rel­ték pon­to­sí­ta­ni a tö­meg­ér­té­ket. Ha az ész­lelt pe­ri­ó­dus a fe­ke­te lyuk kö­rü­li leg­bel­ső sta­bil Kep­ler-pá­lyán moz­gó anyag­ra jel­lem­ző, ak­kor a lyuk tö­me­ge in­kább a 10 mil­lió nap­tö­meg­hez van kö­ze­lebb. Le­het­sé­ges a tö­meg­becs­lés a QPO ter­mé­sze­te alap­ján is. A tej­út­rend­szer­be­li fe­ke­te lyu­kak ese­té­ben a QPO-k ka­rak­te­risz­ti­kus frek­ven­ci­á­juk alap­ján két cso­port­ba (kis és nagy­frek­ven­ci­ás) oszt­ha­tók. Ez a frek­ven­cia a fe­ke­te lyuk tö­me­gé­nek ská­lá­zá­sá­ra hasz­nál­ha­tó. Ha az RE J1034+396 ese­té­ben a jel a kis­frek­ven­ci­ás cso­port­ba esik (ezt lát­szik alá­tá­masz­ta­ni a ko­he­ren­cia is), ak­kor a be­csült tö­meg csak né­hány száz­ezer nap­tö­meg­nyi. El­len­ke­ző eset­ben azon­ban is­mét a 10 mil­li­ós ér­ték adó­dik, az­az ezen kér­dés el­dön­té­sé­hez to­váb­bi meg­fi­gye­lé­sek szük­sé­ge­sek.

Ta­lán en­nél is fon­to­sabb kér­dés azon­ban, hogy mi­ért az RE J1034+396 az egyet­len AGN, mely­nek ese­té­ben kvá­zi-pe­ri­o­di­kus osz­cil­lá­ci­ó­kat de­tek­tál­tak, hol­ott szám­ta­lan meg­fi­gye­lé­si kam­pány cé­loz­ta ezt a múlt­ban. Gi­er­lin­ski és kol­lé­gái sze­rint vagy óri­á­si sze­ren­csé­jük volt, vagy eb­ben az eset­ben szo­kat­la­nul ma­gas akk­ré­ci­ós rá­tá­ról van szó, ami per­sze to­váb­bi tisz­tá­zan­dó kér­dé­se­ket vet fel. Az ered­mény azon­ban két­ség­te­le­nül meg­erő­sí­ti a kis- és a na­gyon nagy tö­me­gű fe­ke­te lyu­kak kö­zöt­ti, az anyag­be­áram­lá­si fo­lya­mat ha­son­ló­sá­gán ala­pu­ló kap­cso­la­tot.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk a Na­tu­re ma­ga­zin 2008. szep­tem­ber 18-i szá­má­ban je­lent meg.

For­rás:

• XMM-New­ton NR 2008.09.17.
• ar­Xiv:0807.1899v1 [ast­ro-ph]
• Na­tu­re 455, 369-371 (18 Sep­tem­ber 2008)