Fekete lyuk – masszív objektum olyan gravitációs erővel az űrben, melytől még a fény se szabadulhat.
A méret kisebb végénél vannak a csillagtömegű fekete lyukak, melyek csillagok pusztulásán keresztül keletkeznek. A nagyobb végén vannak a szupermasszív fekete lyukak, melyek egymilliószor nagyobbak lehetnek a mi napunknál. Billió évek elteltével, a kis fekete lyukak lassan óriási méretűekké nőhetnek, tömegeket magukba szippantva a környezetükből és ugyanúgy összecsatlakozva más fekete lyukakkal. De ez a lassú folyamat nem magyarázza a szupermasszív fekete lyukak létezésének problémáját a korai univerzumban – ilyen fekete lyukak valószínűleg az ősrobbanás után billió évekkel később keletkezhettek.
Most újabb felfedezések a California Institute of Technology (Caltech) kutatóitól segíthetnek egy modellt tesztelni a probléma megoldásában.
Szupermasszív fekete lyukak növésének bizonyos modellje segítségül hívja a “mag” fekete lyukak jelenlétét, mely a nagyon korai csillagok halálából keletkeznek. Ezek a “csíra” fekete lyukak tömeget nyernek és méretük megnő a környező anyagokból – ezt a folyamatot akkréciónak nevezik – vagy más fekete lyukakkal egyesülnek. “Viszont a korábbi modellekben, egyszerűen nem volt elég idő a fekete lyukaknak elérni olyan hatalmas tömeget és méretet olyan gyorsan rögtön az univerzum születése után, ” mondta Christian Reisswig, NASA Einstein Postdoctoral Fellow asztrofizikus a Caltech -nél és a tanulmány vezetője. ” A fekete lyukak nagysága a szuperméretűekig a fiatal univerzumban akkor lenne lehetséges, ha a “mag” mérete és tömege az összeeső objektumnak már elegendően nagy volt” mondta Christian Reisswig.
Hogy kinyomozhassák a fiatal szupermasszív fekete lyukak eredetét, Reisswig, Chrisian Ott – asszisztens professzor az elméleti asztrofizikában – együttműködésével és kollégái egy modelhez fordultak hatalmas fekete lyukakkal kapcsolatban. Ezek a hatalmas, inkább egzotikus csillagok egy feltételezésen alapulva léteztek csak egy rövid ideig a korai univerzumban. Átlagos csillagokhoz képest, a szupermasszív csillagok stabilizált állapotban vannak a gravitáció ellen legfőképpen a saját foton sugárzásuk miatt. Egy nagyon masszív csillagban, a foton sugárzás – a foton kifelé tartó fényárama, mely a csillag nagyon magas belső hőmérséklete által generált – gázt lövell kifelé ellentétesen a gravitációs erővel szemben, mely a gázt visszahúzza. Mikor a két erő egyenlő, ezt az egyensúlyt hidrosztatikus egyensúlynak nevezik.
Az életén keresztül, egy szupermasszív csillag lassan lehűl energiaveszteség miatt a foton sugárzás kibocsátásán keresztül. Ahogy a csillag lehűl, sokkal tömörebb lesz és a központi sűrűsége lassan megnövekszik. Ez a folyamat egy pár millió évig tart, míg a csillag el nem érte az elegendő sűrűséget a gravitációs instabilitáshoz, hogy beálljon és hogy a csillag elkezdjen gravitációsan összeomlani, mondja Reisswig.
Előző tanulmányok megjósolták, hogy mikor omlanak össze a szupermasszív csillagok, ezek egy gömb alakú formát érnek el, ami valószínűleg lapos lesz, a gyors forgás következtében. Ezt a formát aszimmetrikus alakzatnak nevezzük. Belefoglalva a tényt, hogy a nagyon gyorsan forgó csillagok meredekek az apró perbutációnak. Reisswig és kollégái megjósolták, hogy ezek a permutációk okozhatták a csillagokat az elhajlásra nem aszimmetrikus formákká az összeomlás alatt. Ilyen kezdeti apró permutációk gyorsan nőnének, végül az összeomló csillag belsejében okozva a gáz felhalmozódását és magas sűrűségű töredékek keletkezését.
Ezek a töredékek a csillag középpontja körül keringnének és növekvően sűrű lenne, ahogy anyagot vonzana magához az összeomlás alatt; hőmérsékletben is ugyanúgy nőne. Ezután, Reisswig mondja ” egy érdekes hatás közbelép”. Elegendően magas hőmérsékleten, elegendő energia lenne elérhető az elektronok és az antirészecskék, pozitronok párosításához az úgynevezett elektron-pozitron párokba. Az elektron-pozitron párok kreálása nyomáscsökkenést okozna, továbbá az összeomlás gyorsulna; eredményképpen, a két keringő töredék véglegesen olyan sűrű lenne, hogy egy fekete lyuk formálódhatna mindegyik csomónál. A pár fekete lyuk aztán egymás körül forogna, mielőtt egy fekete lyukká olvadnának össze. ” Ez egy új felfedezés” mondja Reisswig. “Senki sem jósolta meg, hogy egyetlen összeomló csillag egy pár fekete lyukat teremtene, amik aztán egybeolvadnak.”
Reisswig és kollégái szuperszámítógépeket használtak, hogy szimulálják a szupermasszív csillagot, amely az összeomlás szélén áll. A szimuláció egy videóval vizualizálták, mely milliónyi pontot kombinált reprezentálva numerikus adatot a sűrűségről, gravitációs mezőről és a gázok más tulajdonságairól, amelyek az összeomló csillagot alkotják.
Habár a tanulmány számítógép szimulációval összekötött és csupán elméleti, gyakorlatban, a fekete lyukak párjának formációja és összeolvadása emelkedést adhat borzasztóan erős gravitációs sugárzásnak – hullámok a tér és idő szerkezetében, a fény sebességén utazni – ez valószínűleg látható az univerzumunk széléről, mondja Reisswig. Szárazföldi támaszpontú megfigyelőközpontok, mint a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), együtt kezelve a Caltech -hel, e gravitációs sugárzás jelei után kutatnak, melyeket először Albert Einstein jósolt meg az általános relativitás elméletében; jövőbeli űrben alkotott gravitációs hullám megfigyelőközpontok, mondja Reisswig, szükségesek lesznek az ilyesfajta gravitációs hullám felfedezéséhez, melyek a mostani feltételezéseket ellenőrizné.
Ott azt mondja, hogy ezek a felfedezéseknek fontos összefüggései a kozmológiának. “A kibocsátott gravitációs hullám jel és a potenciális felfedezése informálja majd a kutatókat a az első szupermasszív fekete lyukak változási folyamatairól a még mindig fiatal univerzumban.
Üdv, Sarkadi Roland – Refplay
