2016.01.19. - Közepes tömegű fekete lyuk a Tejútrendszer magjának közelében?

Japán rádiócsillagászok szerint a Galaxis középpontjának közvetlen közelében egy kb. százezer naptömegű fekete lyuk helyezkedhet el, ami talán a hiányzó kapocs a csillagtömegű és a szupernagy tömegű fekete lyukak között.

A Tomoharu Oka (Keio University) által vezetett kutatócsoport a 45 méteres Nobeyama rádiótávcsővel és a Chilében működő ASTE (Atacama Submillimeter Telescope Experiment) rádióteleszkóppal végzett megfigyelések alapján egy rejtélyes gázfelhőt fedezett fel a Tejútrendszer centrumának közelében. A középponttól mindössze 200 fényévre lévő CO-0.40-0.22 jelű objektum különlegessége a gáztartalmának meglepően nagy sebességdiszperziója. A CO-0.40-0.22 szerkezetének tanulmányozására a kutatók a Nobeyama teleszkóppal 18 molekula 21 emissziós vonalát vizsgálták meg. Az eredmény szerint a felhő alakja elliptikus és két részből áll: egy kompakt, de kis sűrűségű, nagy sebességdiszperziójú (kb. 100 km/s), valamint egy sűrű, kiterjedt, nagyjából 10 fényév méretű, és jóval keskenyebb sebességcsúccsal rendelkező komponensből. Kérdés, hogy mi okozza a nagy sebességszórást? A felhőben nincsenek üregek, a röntgen- és infravörös megfigyelések pedig nem utalnak kompakt objektumok jelenlétére, így nem valószínű, hogy a nagy sebességdiszperzió lokális energiainput, például szupernóva-robbanások következménye.

(a) A Tejútrendszer középpontja a CO molekula 115 és 346 GHz frekvenciájú emissziós vonalában nézve. A fehér területek sűrű, forró gázt jelölnek. (b) A CO-0.40-0.22 körüli intenzitástérkép a HCN molekula 355 GHz vonalában. Az ellipszisek a CO-0.40-0.22 körüli gáz héjszerkezetét jelzik. (c) A szaggatott vonal mentén mért sebességdiszperzió-diagram, amelyen jól megfigyelhető a 100 km/s szórás.
[Oka és mtsai, 2016]

Az észlelések értelmezéséhez a csoport számítógépes szimulációt végzett erős gravitációs térben mozgó gázfelhőkről. A szimulációban a felhők először a vonzócentrum felé mozogtak egyre növekvő sebességgel, majd a legnagyobb megközelítés után lassulva távolodtak attól. Azt találták, hogy a szimuláció akkor adja vissza legjobban a megfigyeléseket, ha a vonzócentrum tömegű a Napénak kb. százezerszerese, átmérője pedig nagyjából 0,3 fényév. Mivel a röntgen- és infravörös tartományban nem látszanak kompakt objektumok a felhőben, Oka szerint a vonzócentrum szerepére a legjobb jelölt egy viszonylag nagy tömegű fekete lyuk.

Ha valóban ez a helyzet, a megfigyelés az első detektálása egy ún. közepes tömegű fekete lyuk hatásának. Régóta tudunk már a csillagtömegű fekete lyukakról, amelyek nagy tömegű csillagok pályafutását lezáró szupernóva-robbanások során keletkeznek, illetve a szupernagy tömegű fekete lyukakról, amelyek a galaxisok középpontjában foglalnak helyet. Utóbbiak tömege a néhány milliótól a több milliárd naptömegig terjed. Rengeteg képviselőjüket ismerjük, de senki nem tudja pontosan, hogyan is keletkeztek. Az egyik elképzelés szerint sok közepes tömegű fekete lyuk összeolvadásának eredményei. A probléma csak az, hogy közepes tömege fekete lyukakra utaló észlelési bizonyítékokat eddig még senki nem publikált. Ha a Tejútrendszer centrumát uraló 4 millió naptömegű Sgr A* fekete lyuktól mindössze 200 fényévre lévő CO-0.40-0.22 felhőben valóban egy közepes tömegű fekete lyuk található, akkor ez jelentős érv az említett forgatókönyv mellett.

Fantáziarajz egy közepes tömegű fekete lyuk gravitációs hatása által strukturált gázfelhőről.
[Tomoharu Oka (Keio University)]

Az eredmény új utat is nyithat a fekete lyukak rádiótávcsöves kutatásában. A legújabb megfigyelések szerint ugyanis számos, a CO-0.40-0.22-höz hasonló, nagy sebességdiszperziójú, kompakt gázfelhő létezik. Oka és csoportja úgy véli, hogy ezek némelyike fekete lyukakat tartalmazhat. Egy tanulmány szerint a Tejútrendszerben 100 millió fekete lyuk lehet, a röntgenmegfigyelések azonban eddig mindössze néhány tucatnyit fedtek fel közülük. Legtöbbjük olyan jól rejtőzködik, hogy hatását egyetlen hullámhosszon sem lehet észlelni. A gáz mozgásának rádiótávcsövekkel való feltérképezése azonban Oka szerint ekkor is lehetőséget adhat a detektálásra. A Nobeyama teleszkóppal a Tejútrendszerben jelenleg is zajló felmérés, illetve az ALMA antenna-rendszerrel a közeli galaxisokban végzett hasonló munka jelentős mértékben növelheti a feketelyuk-jelöltek számát.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• Science Daily 2016.01.15.
• NAOJ News 2016.01.15.