A fekete lyukak jetjei ugyanannál a 2 százalékos határnál éledhetnek fel

Amikor egy szupernagy tömegű fekete lyuk befogási üteme az úgynevezett Eddington-határ nagyjából 2 százalékára csökken, újra erős rádiójetet indíthat. Ez önmagában is különös időzítés lenne, de a benne rejlő igazán érdekes részlet az, hogy ugyanezt a küszöböt korábban a Tejútrendszer jóval kisebb, csillagtömegű fekete lyukainál is ismerték.

Andrew Mummery és Adelle Goodwin kutatócsoportjának eredménye ezért arra utal, hogy a fekete lyukak egyik látványos viselkedése a tömegük hatalmas különbsége ellenére ugyanahhoz a fizikai szabályhoz igazodhat. A megfigyelt kisebb objektumok tömege körülbelül tízszerese a Napénak, a vizsgált szupernagy tömegű fekete lyukaké pedig több millió naptömeg. A Nature Astronomyban megjelent tanulmány nem azt állítja, hogy már minden fekete lyuk működését megfejtették, hanem egy feltűnő, közös küszöbértékre talált bizonyítékot.

Egy szétszakított csillag gyorsított felvételként működik

A szupernagy tömegű fekete lyukak környezetében a változások rendszerint rendkívül lassúak: akár ezrek vagy milliók évei alatt bontakozhatnak ki. Ez nehézzé teszi, hogy a csillagászok egyetlen folyamat teljes lefutását kövessék.

A kutatók ezért árapály-katasztrófákat vizsgáltak. Ilyenkor egy csillag túl közel halad el egy szupernagy tömegű fekete lyuk mellett, és a szélsőséges gravitációs különbség szétszakítja. A csillag anyagának egy része a fekete lyuk felé indul, más része heves kiáramlásokkal távozhat. A hirtelen anyag-utánpótlás miatt az esemény utáni táplálkozási szakasz néhány év alatt is sokat változhat – olyan időléptékben, amelyet már emberi kutatási programokkal is lehet követni.

Ez a jelenség nem jelenti azt, hogy a fekete lyuk egyszerűen, maradéktalanul „felszívja” a csillagot. Adelle Goodwin megfogalmazása szerint az anyag nem rendezett módon kerül bele. Éppen ez a kusza folyamat ad lehetőséget arra, hogy a különböző hullámhosszakon végzett megfigyelésekből összeálljon, mikor mennyi anyag érkezik, és mikor indul rádiós kiáramlás.

Húsz jelöltből tíz pontosan követhető eset

A csoport húsz árapály-katasztrófát nézett át optikai, ultraibolya, röntgen- és rádiótartományban, amerikai, ausztrál, indiai és dél-afrikai, valamint űrbeli megfigyelések adatait is felhasználva. Végül tíz olyan jó minőségű eset maradt, ahol megbízhatóan meg tudták becsülni a fekete lyuk anyagbefogási ütemét és a rádiókiáramlás időpontját is.

A mintában két időszak rajzolódott ki, amikor jet keletkezhetett. Az egyik közvetlenül az esemény után, amikor a fekete lyuk rendkívül gyors ütemben fogyasztotta a hozzá kerülő anyagot. A másik jóval később: a csillag szétszakadása után százakkal vagy akár ezrekkel több nappal.

Ez utóbbi, késleltetett fellángolásnál esett az anyagbefogási ütem az Eddington-határ mintegy 2 százalékára. Az Eddington-határ azt a pontot jelöli, ahol a sugárzás kifelé ható nyomása egyensúlyba kerül a gravitáció befelé húzó erejével. A 2 százalékos érték nem abszolút energiamennyiség: a fekete lyuk saját elméleti határához viszonyított arány.

Miért fontos ugyanaz a küszöb?

Korábban ismert volt, hogy a Tejútrendszer csillagtömegű fekete lyukainál ez a körülbelül 2 százalékos szint összefügghet a jetek kialakulásával. A friss vizsgálat legérdekesebb állítása az, hogy a szupernagy tömegű objektumoknál is ugyanez látszik, noha a két csoport mérete között milliószoros különbség lehet.

A jet itt nem fényképeken látható, keskeny fénynyalábot jelent, hanem a fekete lyuk környezetéből nagy sebességgel kilövellő anyag- és energiasugarat. Ezek a kiáramlások óriási távolságokra juthatnak, és hatással lehetnek a gazdagalaxis fejlődésére is. Hogy pontosan milyen részletes mechanizmus rendezi a jetek indulását, azt ez a tízes minta önmagában nem dönti el; a közös küszöb azonban erős kapaszkodót ad a további modellekhez.

A felismerésnek gyakorlati következménye is lehet. Ha egy árapály-katasztrófa után előre jelezhetővé válik, mikor várható késleltetett rádiójet, a csillagászok célzottabban oszthatják be a keresett távcsőidőt. Ez különösen értékes lehet a Square Kilometre Array rádiótávcső-projekt számára, amely a forrás szerint 2028-ban kezdhet tudományos adatgyűjtésbe. A 2 százalékos küszöb attól marad emlékezetes, hogy egy csillagnyi és egy galaxis közepén ülő fekete lyuk ugyanannál az aránynál mutathatja meg a leglátványosabb oldalát.