A szomszédos csillag buktatta le a rejtőzködő fekete lyukat

Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) csillagászai a Very Large Telescope (VLT) MUSE műszerével egy különlegesen viselkedő csillagot azonosítottak az NGC 3201 katalógusjelű gömbhalmazban. Ez a csillag mintha egy láthatatlan fekete lyuk körül keringene. Ez az első gömbhalmazban talált csillagtömegű, azaz néhány naptömegnyi fekete lyuk, továbbá az első olyan, amit a gravitációs hatásának közvetlen kimutatásával fedeztek fel. A felfedezés nagyban elősegíti a gömbhalmazok és fekete lyukak kialakulásának, valamint a gravitációs hullámok eredetének a megértését.

A gömbhalmazok sok tíz- vagy akár százezernyi csillag hatalmas, gömbszimmetrikus csoportosulásai, amelyek a legtöbb galaxis környezetében megtalálhatóak. A világegyetem legidősebb ismert csillagrendszerei közé tartoznak, és a galaxisok növekedésének, illetve fejlődésének legkorábbi időszakából származnak. A Tejútrendszerben is több mint 150 gömbhalmazt ismerünk.

Ezek egyikét, a déli Vitorla csillagképben látható NGC 3201-et tanulmányozták a csillagászok az ESO chilében működő VLT távcsőrendszerének MUSE műszerével. A nemzetközi kutatócsoport a halmazban egy furcsán viselkedő csillagot talált. A csillag látóirányú sebessége több száz kilométer per másodperccel váltakozik 167 napos periódus szerint.

Fantáziarajz az NGC 3201 gömbhalmazban az ESO MUSE műszerével felfedezett csillag-fekete lyuk kettős rendszerről a halmaz csillagokban gazdag háttere előtt.

Forrás: ESO/L. Calçada/spaceengine.org

A kutatást vezető Benjamin Gieserst (Georg-August-Universität Göttingen, Németország) lenyűgözte a csillag viselkedése: „Valami teljesen láthatatlan dolog körül kering, aminek több mint négyszer nagyobb a tömege a Napnál – ez pedig csakis egy fekete lyuk lehet! Ez az első gömbhalmazbeli fekete lyuk, aminek közvetlenül megfigyelhető a gravitációs hatása.”

A fekete lyukak és gömbhalmazok kapcsolata fontos, ám alig ismert kérdés. Nagy tömegük és idős koruk miatt feltételezhető, hogy ezekben a halmazokban életük során rengeteg csillagtömegű fekete lyuk keletkezett, amikor a halmaz legnagyobb tömegű csillagai felrobbantak, magjuk pedig összeomlott.

Az ESO MUSE műszere egyedülálló módon teszi lehetővé egyszerre több ezer távoli csillag sebességének látóirányú, azaz radiális komponensének a megmérését. Ezzel a műszerrel a csillagászok képesek voltak egy gömbhalmazbeli inaktív fekete lyuk kimutatására is. Ez a fekete lyuk jelenleg nem nyel el behulló anyagot, és nem övezi ragyogóan sugárzó forró akkréciós korong. Az égitest tömege mégis megbecsülhető a rendkívül erős gravitációs terébe befogott kísérő mozgása alapján.

A látható csillag megfigyelhető tulajdonságai arra utalnak, hogy annak tömege 0,8 naptömeg, míg a láthatatlan kísérő 4,36-szor nagyobb tömegű a Napnál – majdnem biztos, hogy egy fekete lyuk.

A gömbhalmazok rádió- és röntgenforrásainak legutóbbi megfigyelései, valamint a 2016-os év gravitációshullám-észlelései arra engednek következtetni, hogy a gömbhalmazbeli viszonylag kicsi, csillagtömegű fekete lyukak gyakoribbak lehetnek, mint gondoltuk.

„Egészen a legutóbbi időkig azt gondoltuk, hogy a gömbhalmazokból rövid idő alatt eltűnnek a fekete lyukak, és hogy ilyen kettős rendszerek nem is léteznek! Ám nyilvánvalóan nem ez a helyzet. A mostani felfedezésünkkel elsőként mutattuk ki közvetlenül egy gömbhalmazbeli csillagtömegű fekete lyuk gravitációs hatását. Ez a felfedezés segít jobban megérteni a gömbhalmazok keletkezését, valamint a fekete lyukak és a kettőscsillagok fejlődését, és mindez elengedhetetlen a gravitációshullám-források megértéséhez is.” – foglalja össze Giesers.