A Tejútrendszer galaxisában több millió megfoghatatlan fekete lyuk rejtőzik, és csak időnként árulják el jelenlétüket röntgensugaras fénykitörésekkel, amikor csillagokat kebeleznek be.
A csillagászok a kibocsátott röntgensugárzás visszhangjának köszönhetően nyolc ritka feketelyuk-páros és az őket körülvevő csillagok helyét tudták meghatározni. Korábban csak két röntgensugárzást kibocsátó párról volt tudomásunk galaxisunkban.
Feketelyuk-párosok akkor tűnnek fel, amikor ezek az égi jelenségek egy csillag körül keringenek, amelyet néha arra használnak, hogy gázokat és port szívjanak magukba. A visszhangok pedig hanghullámokká alakultak át.
A kutatócsoport egy visszhanggépnek nevezett automatizált eszközt fejlesztett ki, hogy a műholdas adatokban feketelyuk-párosokat találjon. A kutatók a Reverberation Machine segítségével átnézték a NASA röntgenteleszkópja által gyűjtött adatokat, amely a Nemzetközi Űrállomás része.
Nyolc forrásban látjuk a visszaverődés új jeleit
– mondta a tanulmány egyik szerzője, Jingyi Wang, a Massachusetts-i Technológiai Intézet végzős hallgatója közleményében.
A fekete lyukak tömege a Nap tömegének ötszöröse és tizenötszöröse között mozog, és mindegyikük normál, kis tömegű, napszerű csillagokkal alkotott kettős rendszerben van.
A nyolc visszhangfelvétel összegyűjtése után a kutatók összehasonlították őket, hogy lássák, hogyan változik egy fekete lyuk, amikor röntgensugárzást bocsát ki. A nyolc kettős rendszer esetében hasonló portré rajzolódott ki.
Amikor a fekete lyukak anyagot húznak el egy keringő csillagtól, fényes részecskesugarakat lövellhetnek ki, amelyek fénysebességhez közeli gyorsasággal száguldanak az űrbe. A kutatócsoport észrevette, hogy eközben a fekete lyuk egy utolsó, nagy energiájú villanást bocsát ki, mielőtt alacsony energiájú állapotba menne át. Amikor ez az utolsó villanás bekövetkezik, az azt jelentheti, hogy a fekete lyuk nagy energiájú plazmagyűrűje (vagy koronája) energiával teli részecskéket bocsát ki, mielőtt eltűnik.
A csillagászok ezt a megállapítást a nagyobb szupermasszív fekete lyukakra is vonatkoztatják, amelyek „motorként” működnek a galaxisok középpontjában, és olyan részecskéket lőhetnek ki, amelyek alakíthatják a galaktikus képződményeket.
A fekete lyukak szerepe a galaxisok fejlődésében a modern asztrofizika egyik kiemelkedő kérdése
– mondta a tanulmány szerzője, Erin Kara, az MIT fizikaadjunktusa.
Érdekes módon ezek a fekete lyuk-párosok mini szupermasszív fekete lyukaknak tűnnek, és így az ilyen kis, közeli rendszerekben bekövetkező kitörések megértésével rájöhetünk, hogy a szupermasszív fekete lyukak hasonló kitörései hogyan befolyásolják azokat a galaxisokat, amelyekben ezek a galaxisok tartózkodnak – mondta.
A röntgensugárzás visszhangjai segíthetnek a csillagászoknak feltérképezni a fekete lyukak helyét. Ez nem más, mint a denevérek által navigációra használt echolokáció. A denevérek olyan hangokat bocsátanak ki, amelyek visszaverődnek az akadályokról, majd visszhangként térnek vissza, és a visszhang visszatérésének hossza segít a denevéreknek meghatározni a tárgyak távolságát.
A fekete lyukak visszhangját a plazmagyűrűből kibocsátott röntgenfény két típusa hozza létre, és a csillagászok a teleszkóp két típus észleléséhez szükséges idejét arra tudják használni, hogy nyomon kövessék, hogyan, mennyi idő alatt változik a fekete lyuk, miközben anyagot emészt fel a csillagból.
A fekete lyukak visszhangjai nem valódi hangok, segítség nélkül nem is hallanánk, ezért Kara együttműködött Kyle Keane-nel, az MIT anyagtudományi és mérnöki tanszékének oktatójával és Ian Condryvel, az MIT antropológiai tanszékének professzorával, hogy hanghullámokká alakítsák őket.
A csapat nyomon követte a röntgenvisszhangok változásait, meghatározta az átmeneti szakaszok időbeli késleltetését, és nyomon követte a közös vonásokat az egyes fekete lyukak kitörésének fejlődésében. Az eredmény úgy hangzik, mintha egy 1950-es évekbeli sci-fi-filmből származna.
Az elején járunk annak, hogy ezeket a fényvisszhangokat felhasználva rekonstruálni tudjuk a fekete lyukhoz legközelebbi környezetet
– mondta Kara.
Most megmutattuk, hogy ezek a visszhangok általánosan megfigyelhetőek, és új módon tudjuk megvizsgálni a fekete lyuk korongja, jetje és plazmagyűrűje vagy koronája közötti kapcsolatokat.