Hírek : Pörgő fekete lyuk |
Pörgő fekete lyuk
Csillagászoknak most első ízben sikerült megfigyelni, hogy egy fekete lyuk pörög a tengelye körül, s eközben felcsavarja, és magával vonszolja a téridőt. Tod Strohmayer, a NASA Goddard Űrrepülési Központjának kutatója a Rossi röntgenműholdnak egy már régebb óta ismert fekete lyuk környezetének röntgensugárzásáról feljegyzett adataiban olyan jellegzetességeket fedezett fel, amilyeneket korábban csak forgó neutroncsillagok spektrumában figyeltek meg. Az eredmény az első meggyőző bizonyítéka a fekete lyukak – elméletileg már régebben feltételezett – forgásának. A felfedezés részben megkérdőjelezi a neutroncsillagok sugárzásáról alkotott eddigi elméleteket is.
„A Világegyetemben szinte minden objektum – a bolygók, a csillagok és a galaxisok – forog – mondta Strohmayer. – Persze, a fekete lyukaknál ezt sokkal nehezebb kimutatni, mivel nincs szilárd felületük, amelynek körbefordulását megfigyelhetnénk. Látjuk viszont például a kísérő csillagtól elszívott, s a fekete lyuk felé örvénylő anyagtól származó sugárzásokat.”
Fekete lyukak a Napnál legalább tízszer nagyobb tömegű csillagokból keletkeznek szupernóvarobbanás után. A végtelen sűrűségű szingularitás anynyira meggörbíti maga körül a téridőt, hogy belőle semmi – még a fény sem – tud megszökni. A mintegy 10-15 kilométeres átmérőjű szupersűrű neutroncsillagok hasonló módon, de kisebb tömegű csillagokból keletkeznek. A fekete lyukakat és neutroncsillagokat a csillagászok csak közvetve „látják” a körülöttük csaknem fénysebességgel kavargó, forró – többnyire egy szomszédos kísérő csillagtól elszipkázott – gáz kibocsátotta sugárzások révén. A NASA 1995 decemberében felbocsátott Rossi Explorer röntgenműholdja már régóta gyűjt adatokat bizonyos neutroncsillagok röntgenspektrumában megfigyelhető lüktető változásokról. Ezek az úgynevezett kváziperiodikus oszcillációk (quasiperiodic oscillations, QPO-k) feltételezések szerint a neutroncsillaghoz legközelebbi stabil pályán keringő forró gáznak és a csillag felszínének kölcsönhatásából származnak. Bizonyos elméletek szerint a QPO frekvenciája közvetlen kapcsolatba hozható a központi neutroncsillag tömegével, illetőleg a legbelső stabil pálya sugarával.
Strohmayer célpontja a GRO J1655-40 nevű objektum, a Földtől 10 ezer fényévre levő mikrokvazár volt. Így nevezik a fekete lyukaknak azon különleges osztályát, amelyeknek az a jellegzetessége, hogy a körülöttük örvénylő gáz- és porkorong síkjára merőlegesen nagy sebességű részecskenyalábokat bocsátanak ki. Strohmayer az objektum spektrumában két QPO-t figyelt meg, egy már régebben is észleltet 300 Hz környékén, és egy újabbat 450 Hz-nél. Ez a mikrokvazár egyébként már egy régóta ismert, alaposan tanulmányozott rendszer, amelynek tömegét korábbi optikai megfigyelések alapján 7 naptömegre becsülik. Einstein általános relativitáselmélete alapján egy ekkora tömegű, nem forgó fekete lyuknál a legbelső stabil pálya sugara 64 kilométer lehet. A most felfedezett 450 Hz-es QPO-nak viszont egy legfeljebb 49 kilométeres pályasugár felel meg.
Strohmayer szerint enynyire közeli stabil pálya csak azzal magyarázható, hogy a fekete lyuk forog, s ezáltal is módosítja környezetében a téridő szerkezetét. „Ennek az a következménye, hogy az anyag jobban megközelítheti a szingularitást. Minél kisebb azonban a pálya sugara, annál nagyobb a keringés sebessége, s ennek megfelelően a QPO frekvenciája. Ami a GRO J1655-40-et illeti, a 300 Hz-es QPO összhangban volt az elméletileg számított 64 kilométeres sugarú pályával, a 450 Hz-es viszont már csakis a fekete lyuk forgásával magyarázható.”
A CRO J1655-40 az első olyan fekete lyuk, amelynél két QPO-t sikerült megfigyelni. Neutroncsillagok esetében ez egyáltalán nem szokatlan, s az elméleti modellek többnyire a csillag szilárd neutronkérgével hozzák kapcsolatba. A fekete lyuknak azonban nincs szilárd felszíne, így az is kérdésessé válik, vajon a neutroncsillagokra felállított modell valóban helytálló-e.
A fekete lyuk perdülete valószínűleg a szupernóvaként szétrobbant elődcsillag impulzusmomentumát (vagy annak egy részét) őrzi. Egy nem pörgő fekete lyukkal összehasonlítva lényeges különbség, hogy a forgó fekete lyuk nem csupán meggörbíti, hanem maga köré csavart uszályként magával is vonszolja a téridőt. Kiszámítható, hogy eseményhorizontjának sugara így kisebb, mintha nem forogna. (Az eseményhorizont az a felület, amelyen belülről – ha belekerült – már semmi sem szökhet ki a fekete lyukból.) Strohmayer szerint valószínű, hogy a forgástengely mentén ellentétes irányban kilépő két nagy sebességű részecskenyaláb – amelyeknek keletkezésére egyelőre nincs kielégítő elméleti magyarázat – szintén a fekete lyuk forgásával hozható kapcsolatba.
Fantáziaképek egy forgó fekete lyukból és egy kék óriáscsillagból álló kettős rendszerről. A felső távlati képen a csillagtól elszívott anyag vékonyodó csóvában áramlik a fekete lyuk felé.
A középső, már közelebbi képen jól kivehető a fekete lyuk körül örvénylő gáztömegek korongszerű szerkezete. A fekete lyuk forgástengelye irányába távozó, csaknem fénysebességű csóvákban még az eseményhorizont elérése előtt leszakadt anyagtömegek távoznak. Végül a harmadik kép (lent) a fekete lyuk közvetlen környezetét mutatja, az eseményhorizont a fekete gömb határánál húzódik. Az ezen kívül eső fehér és kék gázgyűrűkben az esemény-horizonthoz közeledő anyag egyre nagyobb sebességgel örvénylik, s felforrósodva erőteljes röntgensugárzást bocsát ki: ez árulja el a fekete lyuk jelenlétét.
|