Magyar kutatók bizonyították a galaxisokból kilökődő fekete lyukak létezését

Mintegy százezer kvazár adatainak elemzésével magyar kutatók statisztikai bizonyítékot találtak arra, hogy a galaxisok közepében található szupernagy tömegű fekete lyukak egy része keletkezése után kilökődött a helyéről.

A HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (HUN-REN CSFK) Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének és az Eötvös Loránd Tudományegyetemnek (ELTE) a munkatársai olyan összefüggést azonosítottak az adatokban, amelyet Frei Zsolt, a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének munkatársa, Raffai Péter az ELTE Fizikai és Csillagászati Intézetének egyetemi docense és Haiman Zoltán, az Institute of Science and Technology Austria és a Columbia University professzora már tíz évvel ezelőtt megjósolt.

A mostani vizsgálatot Bécsy Bence, az ELTE egykori hallgatója, a Birminghami Egyetem jelenlegi kutatója vezette. A felfedezésről beszámoló tanulmány a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című szakfolyóiratban jelent meg.

A gravitációs hullámok hatása

A kutatás elméleti hátterével kapcsolatban a szakemberek kifejtették: a nagy galaxisok közepén szupernagy tömegű fekete lyukak találhatók, amelyek két galaxis összeolvadásakor egyesülhetnek. A folyamat során keletkező gravitációs hullámok hatása jelentős lehet:

Az összeolvadás során keletkező gravitációs hullámok egyenlőtlen kisugárzása erős visszarúgást adhat a létrejövő fekete lyuknak, amely így kimozdulhat a galaxis középpontjából. Amennyiben a lökés nem elég erős ahhoz, hogy a fekete lyuk elhagyja a galaxist, hosszú ideig ide-oda mozoghat annak középpontja körül, a legnagyobb sebességét pedig a középponton áthaladva éri el.

Bár az általános relativitáselmélet előre jelzi ezt a jelenséget, közvetlen bizonyítékot eddig nem sikerült egyértelműen találni rá. A magyar vezetésű kutatócsoport ezért nem egyetlen különleges objektumot keresett, hanem azt vizsgálta, hogy sok tízezer kvazár – vagyis olyan aktív, szupernagy tömegű fekete lyuk, amely nagy mennyiségű gázt elnyelve rendkívül erős sugárzást bocsát ki – adataiban együttesen megjelenik-e a kilökődött fekete lyukak statisztikai jele.

A kvazárok fényének elemzése

A kutatók a kvazárok fényéből két fontos információt nyertek ki: a fekete lyuk sebességét és a körülötte lévő por mennyiségét. A fekete lyuk sebességét a körülötte lévő gáz által kibocsátott fény apró eltolódásaiból, a por mennyiségét pedig a kvazár vöröses fényéből határozták meg.

Felidézték, hogy Raffai Péter, Haiman Zoltán és Frei Zsolt 2016-ban számítógépes modellekkel vizsgálta, milyen megfigyelhető jelei lennének annak, ha egy kvazár központi fekete lyuka a kilökődése után a galaxis magja körül ingázna. Arra jutottak, hogy a sebességnek és a por mennyiségének össze kell függenie:

a fekete lyuk a galaxis közepén mozog a leggyorsabban, és éppen ott a legsűrűbb a por is. A gyorsabban mozgó fekete lyukakat tartalmazó kvazárokat tehát átlagosan több pornak kell takarnia. A szerzők már akkor rámutattak, hogy ezt az összefüggést nagy kvazárkatalógusok valódi adataiban lehet megkeresni.

Bécsy Bence és munkatársai most mintegy százezer kvazár adatainak elemzésével mutatta ki azt az összefüggést, amelyet a magyar kutatók már tíz évvel korábban megjósoltak: a gyorsabban mozgó fekete lyukakat tartalmazó kvazárok átlagosan vörösebbek, vagyis porosabbak. Az eredmény statisztikailag alátámasztja azt az elméleti előrejelzést, hogy a fekete lyukak összeolvadásakor keletkező gravitációs hullámok visszarúgása a fekete lyukakat kimozdíthatja a galaxisok középpontjából.

A szerzők ugyanakkor hangsúlyozzák, hogy ez a becslés még bizonytalan, és más fizikai folyamatokat sem lehet teljesen kizárni. Ehhez további megfigyelésekre és részletesebb modellekre lesz szükség.

Az eredmény egy tíz évvel ezelőtt az ELTE-n megfogalmazott jóslat első nagymintás megfigyelési ellenőrzése. Ha az értelmezést további kutatások is megerősítik, a módszerrel azt is vizsgálni lehet majd, milyen gyakran olvadnak össze a szupermasszív fekete lyukak, milyen sebességgel lökődnek ki, és milyen környezet veszi körül őket.