Új eredmény a fekete lyukakról

A galaxisok kialakulása és fejlődése kapcsán eddig nem sikerült megmagyarázni azt a megfigyelést, amely szerint közvetlen összefüggés van a galaxis központi fekete lyukának tömege és csillagainak össztömege között. A nagyobb csillagvárosokban ugyanis általában a központi fekete lyuk tömege is nagyobb, mint kevesebb csillagot számláló, kisebb társaikéban.

A pittsburghi Carnegie Mellon Egyetem, valamint a németországi Max Planck Asztrofizikai Intézet munkatársai a galaxisok fejlődésének egy új modelljét vizsgálták. A kutatók két galaxis ütközését szimulálták, de számításaik során külön figyelmet fordítottak a központi fekete lyuk fejlődésének és környezetére gyakorolt hatásának vizsgálatára. Eredményeik meglepőek: a központi fekete lyuk ugyanis az egész csillagváros fejlődésére jelentős hatással van, sőt egy önszabályozó mechanizmus révén saját tömegét is képes korlátozni.

Az első galaxisok kialakulása már néhány százmillió évvel az Ősrobbanás után megindult. Ezek viszonylag kicsi és kevés csillagot tartalmazó csillagvárosok lehettek, centrumukban kis tömegű fekete lyukakkal. Az idő folyamán azonban a gravitáció hatására a galaxisok nagyobb csoportokba, galaxishalmazokba tömörültek. E folyamat során, néhány milliárd évvel az Ősrobbanás után már gyakori jelenség lehetett a galaxisok ütközése, amelynek révén két vagy több galaxis összeolvadásából kialakultak a Tejútrendszerhez hasonló, nagy tömegű galaxisok is.

A kozmikus karambolok során összeolvadtak a galaxisok magjai, s az így meghízott fekete lyuk jelentős mennyiségű gázanyagot kezdett magába szívni környezetéből – ebben az aktív állapotában kvazárnak nevezik ezeket a korai galaxismagokat. ĺgy nőhette ki magát egy kezdetben kis tömegű fekete lyuk a Tejútrendszer centrumához hasonló, több millió naptömegű objektummá.

A galaxismagok növekedésével párhuzamosan, az ütköző gázanyagban fellépő instabilitások miatt robbanásszerű csillagkeletkezés indulhatott be, amely a galaxis gázanyagának jelentős részét csillagokká alakította. Miközben azonban a fekete lyuk beszippantja a környező gázanyagot, jelentős mennyiségű energia is felszabadul, amely felhevíti és egészen a galaxis külső vidékeire sodorhatja a fekete lyuk közeléből a gázokat. Ezért a galaxis központi részéről idővel „kiürül“ a gázanyag, aminek következtében a fekete lyuk lassan lecsendesedik, a csillagképződés üteme pedig csökken. Ez megmagyarázza azt a tényt, miért függ össze egy csillagváros központi fekete lyukának mérete a galaxisban látható csillagok mennyiségével.

Látható, hogy a csillagvárosok magjában lapuló fekete lyuk „hízása“ a fenti önkorlátozó mechanizmus miatt bizonyos idő után leáll, hiszen elfogy környezetéből az anyag. Ez megmagyarázza azt is, hogy a kvazárállapot miért csupán egy meghatározott, a galaxis életéhez képest rövid ideg áll fent.

A kisebb galaxisokban kevesebb csillagközi gáz található, így könynyebben és hamarabb fújja ki őket a központi részekről a fekete lyuk környezetéből érkező sugárzás. A megfigyelések is alátámasztják, ezekben a galaxisokban kevesebb csillag található, és a központi fekete lyuk hamarabb „jóllakik“.