Fekete lyukakból álló korongok rejtőzhetnek a galaxisok közepén az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) kutatóinak új tanulmánya szerint.
Csillagászati megfigyelések szerint a legtöbb galaxis közepén egy szupernehéz fekete lyuk található, ezek roppant gravitációjának hatására csillagok milliói és naptömegű fekete lyukak ezrei gyülemlenek össze egy sűrű, mindössze néhány fényév sugarú gömbbe.
A magyar asztrofizikusok a galaxismagban keringő csillagok pályáinak kölcsönhatásait szimulálták. Eredményeik szerint a fekete lyukak pályái eddig nem várt módon rendeződnek, a nehezebb égitestek egy vastag korongot alkotva keringenek a központi szupernehéz fekete lyuk körül.
„Korábban azt gondolták, hogy a kisebb és nagyobb tömegű objektumok egyaránt tetszőleges irányban keringhetnek a központi nagy fekete lyuk körül. Kutatásaink azonban azt igazolják, hogy a nehezebb csillagok és a fekete lyukak egyetlen korongba rendeződnek”
– írta Szölgyén Ákost, az ELTE PhD-hallgatóját, aki a rangos Physical Review Letters szaklapban publikált kutatást vezette.
Szölgyén Ákos és témavezetője, Kocsis Bence egy eddig nem vizsgált effektust, az úgynevezett vektor rezonáns relaxációt is számításba vették a galaxismag numerikus szimulációjában. Ez az effektus leírja az égitestek pályái között fellépő gravitációs forgatónyomatékot, ami hosszú idő alatt rezonáns módon összeadódik, és azt eredményezi, hogy évmilliók alatt a keringési pályák síkja fokozatosan elfordul.
Mivel a galaxismagban több millió csillag és akár több ezer fekete lyuk is keringhet, a vektor rezonáns relaxáció hatása nagyon jelentős lehet, és alapvetően befolyásolja azt, hogy hosszú idő után milyen pályákon keringenek az égitestek. A kutatók az egyes égitestek pályáinak kölcsönhatásait a galaxismag kialakulásának pillanatától kezdték szimulálni.
Kocsis Bence, az ELTE Atomfizikai Tanszékén működő GalNUC ERC kutatócsoport vezetője szerint a galaxisok magját alkotó sűrű csillaghalmazok fejlődésük során megpróbálják maximálisan kitölteni a rendelkezésükre álló teret, akárcsak a gázok egy tartályban. Azonban a nehezebb égitestekből álló komponens nem tudja elérni ezt a rendezetlenebb, gömbszimmetrikus állapotot. Ezek a nagy tömegű objektumok a gravitáció hatására „leülepednek” és egy alacsony entrópiájú állapotot, egy korongot hoznak létre.
A kutatás szerint míg a közepes tömegű, B-típusú csillagok pályái szintén mutatnak némi anizotrópiát, azaz korongszerű rendeződést, addig a számítások szerint a kis tömegű csillagok, mint a Naphoz hasonló idős, fősorozati csillagok, valamint a neutroncsillagok és fehér törpék leginkább gömbszimmetrikusan fordulnak elő a galaxismagban. A kapott eredmények egyeznek a Tejútrendszer közepének eddigi csillagászati megfigyelésével is, amelyek szerint a kis tömegű csillagok gömbszerűen oszlanak el, míg a nagy tömegű fiatal csillagok egy hajlott korongba rendeződve keringenek a szupernehéz fekete lyuk körül.
A felfedezésnek nagy jelentősége lehet a galaxismagok dinamikájának és a galaxisfejlődésnek a megértésében, és fontos lehet a gravitációshullám-források eredetének értelmezésében is.
„Ha több száz vagy ezer fekete lyuk korongba rendeződik a központi szupernehéz fekete lyuk körül, akkor ezek együttesen erősen meghajlíthatják és kilyukaszthatják a gázfelhőket, amiből megfigyeljük a nagyenergiás kiáramlásokat. Ez több ezer fényévre is képes megváltoztatni a galaxis nagyskálás szerkezetét”
– írja Kocsis Bence, aki úgy véli:
„A legérdekesebb kérdés, hogy vajon a most megjósolt eloszlása a fekete lyukaknak megmagyarázza-e a LIGO/VIRGO detektorokkal észlelt gravitációshullám-jelek magas gyakoriságát”.
