Alig 1600 fényévre van a legközelebbi fekete lyuk

A fekete lyukat a Gaia asztrometriai űrteleszkóp mérései alapján sikerült azonosítani annak a csillagnak a mozgását követve, amely a lyuk körül kering, és a szakemberek szerint ez lehet az első azon felfedezések sorozatában, amelyet egy új módszer tesz lehetővé, számolt be a Max Planck Csillagászati Kutatóintézet és a NOIRLab.

Az ekkora mérettartományú, Napunknál 5-100-szor nagyobb, csillag tömegű fekete lyukak igen gyakoriak lehetnek, a becslések szerint csak a Tejútrendszerben 100 milliónál is több lehet belőlük. Eddig csak egy maréknyit találtunk meg, ám azok mind aktívak, ami annyit tesz, hogy fényesek röntgen tartományban, annak köszönhetően, hogy anyagot szippantanak el a hozzájuk nagy közelségben keringő csillagtól. Ez az anyag a fekete lyuk körüli akkréciós korongban felforrósodik és röntgensugárzóvá válik – eddig 20 ilyen fekete lyukat találtak, és még 50 lehetséges vár igazolásra.

Milyennek is képzelhetjük el a Gaia BH1 nevű fekete lyukat?

„Vedd a Naprendszert, tegyél egy fekete lyukat a Nap helyébe, a Napot pedig helyezd át a Föld helyére, és kész is van ez a rendszer” – mondta Kareem El-Badry, az MRNAS szakfolyóiratban közölt tanulmány első szerzője. „Bár számos olyan, a mostanihoz hasonló rendszer felfedezéséről születtek már feltételezések, ám ezeket egyetlen kivétellel mind cáfolták aztán. A mostani az első egyértelműen bizonyított eset, amelyben egy, a galaxisunkban lévő, Nap-szerű csillag egy csillag tömegű fekete lyuk körüli nagyobb távolságú keringéséről számolhatunk be.”

Számos próbálkozás volt már arra, hogy a nem röntgensugárzó fekete lyukakat (a szunnyadó fekete lyukakat, ahogy a kutatók hívják) detektálják, az egyik ilyen a csillag színképének vizsgálata, amelyből a csillag mozgására lehet következtetni. Azonban a színkép csak a szükséges információk felét nyújtja – és itt lép a képbe a Gaia űrteleszkóp méréseinek köszönhető adatbázis. A Gaia ultra precíz mérései egy-egy csillag pályájáról lehetővé teszik azt, hogy a kísérőkre lehessen következtetni, azonban rengeteg kettős rendszer van, és ezeknek csak egy kis töredéke tartalmaz fekete lyukat. A Gaia több mint százezer kettőst mutató adatbázisában ugyan nem könnyű, de nem is lehetetlen rábukkanni a fekete lyukat tartalmazó párosokra. A Gaia mérési adatait nagy csomagokban teszik közzé, a harmadik ilyenre (Gaia DR3) 2022 nyarán került sor, s a kutatócsoport ekkor rögvest nekiállt az adatok átfésülésének a fekete lyukat tartalmazó kettősök után kutatva.

Összesen 168 065 ilyen kettőst tartalmazott az adatcsomag, ám ezt a kívánalmak szigorításával hatra tudták szűkíteni: olyanokat kerestek, amelyekben az egyik fél láthatatlan. E hat kettős esetében azután részletesebb információkat is kellett gyűjteni, mint a már említett színkép-adatok, amelyek a kísérő szögsebességét jelzik. A színképi és a Gaia általi mérési adatok gyakorlatilag ugyanazt mutatják kétféle szemszögből, így, ha ezek közt ellentmondás van, akkor az szűrési lehetőséget jelent. Ezek alapján négyet rögtön félre is söpörhettek, az ötödik esetében további mérések adataira várnak a kutatók. A hatodik azonban telitalálat, rendben egymáshoz illő adatokat mutat a rendszer.

A teljes nevén Gaia DR3 4373465352415301632 rendszer, amelyet a vizsgálatok eredménye után Gaia BH1 (vagyis a Gaia fekete lyuk 1 rövidítése) egyszerűsített nevet kapta. Azonban azért, hogy teljesen bizonyosak legyenek a szakemberek, további méréseket végeztek a 6,5 méteres Magellan Clay, a 8 méteres Gemini North, a 10 méteres Keck I, valamint a La Silla-ban lévő 2,2 méteres ESO/MPG teleszkópokkal is. Az így kinyert adatok alapján bizonyosnak tűnik, hogy valóban egy szendergő fekete lyuk és Nap-szerű kísérője látható a Gaia méréseiben.

A Gaia BH1 láthatatlan eleme a Napnál tízszer nagyobb tömegű, a csillag pedig a Naphoz nagyon hasonló. A két égitest távolsága kb. a Nap-Föld távolságnak felel meg, és 185,6 napos keringési időt számítottak a kutatók. Amennyiben a kísérő is csillag volna, a tömege miatt sokkalta fényesebbnek kellene lennie a kettős rendszer jól látható csillagánál – azonban semmilyen megfigyeléssel nem sikerült megpillantani az égitestet.

Ez alapján az 1560 fényévre lévő kettős nagyon nagy eséllyel a Földhöz legközelebbi ismert fekete lyukat tartalmazza, mintegy fele akkora távolságban van, mint a korábbi rekorder. Ez a közelség azt is sejteti, hogy több tucatnyi hasonló objektum vár még felfedezésre, remélhetőleg a Gaia negyedik adatcsomagjának 2025-ös közzétételét követően.

A sikeren túl azonban kérdéseket is felvet a megtalált rendszer: miként jöhetett létre egy ilyen kettős? A fekete lyukká vált csillag eredetileg minimum 20 naptömegű lehetett, ami azt is jelenti, igen rövid, néhány millió éves életű volt. E rövid élete végén a felfúvódó szuperóriás csillag, ha a kísérője egy időben keletkezett vele, már azt megelőzően bekebelezte volna azt, hogy abban rendesen beindulhatott volna a hidrogénfúzió. Az elméleti modellek ugyan lehetővé teszik az ilyen kísérő túlélését, ám e modellek szerint jóval közelebb kellene keringenie a mostani fekete lyukhoz. Az is lehet, hogy egy többes rendszer részeiről van szó, amelynek dinamikája felborult az óriáscsillag felfúvódását követően és ezért kerülhetett a fekete lyukhoz közel a régebben még attól messzebb lévő csillag. Az is elképzelhető, hogy eredetileg nem egy nagy tömegű csillag volt a rendszer lelke, hanem két ilyen égitest, amelyek egymáshoz igen közel keringtek, míg a normál tömegű csillag tőlük távolabb. Ekkor a két csillag megakadályozta volna egymást abban, hogy szuperóriássá válva felfalják a távolabbi csillagot, ám ez esetben nem egy, hanem két fekete lyuk volna a rendszerben. Ez utóbbi feltételezést későbbi, még precízebb pályaadatokkal majd lehet ellenőrizni.

Azonban akárhogyan is jött létre a rendszer, a megtalálása reményteli a hasonló felfedezések jövőjét illetően.