Egy új tanulmány a szupermasszív fekete lyukaknál nagyobb tömegek létezését jósolja a világegyetemben

A Tejút-galaxis központjának közelében található egy hatalmas objektum, amelyet a csillagászok Sagittarius A*-nak neveznek. Ez a „szupermasszív” fekete lyuk a galaxisunkkal együtt nőhetett, és nincs egyedül. A tudósok úgy vélik, hogy a világegyetem szinte minden nagy galaxisának szívében egy hasonló óriás található.

Némelyikük igazán nagyra nőhet – mondta Joseph Simon, a Colorado Boulder Egyetem Asztrofizikai és Bolygótudományi Tanszékének posztdoktori kutatója.

„A galaxisunk közepén lévő fekete lyuk tömege milliószor nagyobb, mint a Nap, de látunk másokat is, amelyekről azt gondoljuk, hogy a Nap tömegének milliárdszorosai” – mondta.

Az asztrofizikus pályafutását e nehezen megfigyelhető objektumok viselkedésének tanulmányozásának szentelte. Egy közelmúltban végzett tanulmányában számítógépes szimulációkat vagy „modelleket” használt az univerzum legnagyobb szupermasszív fekete lyukainak tömegének előrejelzésére – ez a matematikai fogalom a fekete lyuk tömegfüggvényeként ismert.

Más szóval, Simon megpróbálta meghatározni, mit találhatna, ha ezeket a fekete lyukakat egymás után egy óriási léptékben helyezné el.

Számításai arra utalnak, hogy évmilliárdokkal ezelőtt a fekete lyukak átlagosan sokkal nagyobbak lehettek, mint azt a tudósok korábban feltételezték. Az eredmények segíthetnek a kutatóknak megfejteni egy nagyobb rejtélyt, feltárva azokat az erőket, amelyek az olyan objektumokat formálták, mint a Sagittarius A*, miközben apró fekete lyukakból a mai óriásokká nőttek.

„Sokféle forrásból kezdjük látni, hogy nagyon korai időktől fogva hatalmas dolgok voltak az univerzumban” – mondta Simon.

Eredményeit május 30-án tette közzé Astrophysical Journal Letters.

Galaktikus szimfónia

Simon számára ezek a „nagyon terjedelmes dolgok” a kenyere.

Az asztrofizikus az észak-amerikai Nanohertz Gravitational-Wave Observatory (NANOGrav) nevű második kutatási tevékenység része. A projekttel Simon és több száz tudós az Egyesült Államokban és Kanadában 15 évet töltött a „gravitációs hullámháttér” néven ismert jelenség kutatásával. A fogalom a gravitációs hullámok állandó áramlására utal, vagy óriás hullámzásra térben és időben, amelyek szinte állandó jelleggel hullámzanak végig az univerzumon.

Ez a kozmikus lendület is a szupermasszív fekete lyukakban gyökerezik. Simon elmagyarázta, hogy ha két galaxis ütközik egymással az űrben, akkor a központi fekete lyukak is ütközhetnek, sőt egyesülhetnek. Pörögnek, mielőtt egymásnak ütköznének, mint két cintányér egy zenekarban – csak ez a cintányér generál gravitációs hullámokat, szó szerint megvetemíti az univerzum szövetét.

A gravitációs hullámok hátterének megértéséhez a tudósoknak először is meg kell tudniuk, mekkora tömegűek valójában a világegyetem szupermasszív fekete lyukai. A nagyobb cintányérok nagyobb robbanást keltenek, és sokkal több gravitációs hullámot keltenek – mondta Simon.

Csak egy probléma van.

„Már jó méréseink vannak galaxisunk és a közeli galaxisok szupermasszív fekete lyukainak tömegéről” – mondta. „Nem ugyanazok a mérések vannak távoli galaxisokra. Csak találgatnunk kell.”

A fekete lyukak egyre nőnek

Simon új kutatásában úgy döntött, hogy teljesen új módon találgat.

Először is több százezer, néhány milliárd éves galaxisról gyűjtött információkat. (A fény csak olyan gyorsan tud haladni, így amikor az emberek távoli galaxisokat figyelnek meg, visszanéznek az időben.) Simon ezt az információt felhasználta a fekete lyukak hozzávetőleges tömegének kiszámításához a világegyetem legnagyobb galaxisaihoz. Aztán számítógépes modellekkel szimulálta azokat a gravitációs háttérhullámokat, amelyeket ezek a galaxisok hoznak létre, és amelyek jelenleg mossák a Földet.

Simon felfedezései felfedik a világegyetem szupermasszív fekete lyuktömegeinek teljes skáláját, amelyek közel 4 milliárd éves múltra tekintenek vissza. Észrevett valami különöset is: úgy tűnt, hogy évmilliárdokkal ezelőtt sokkal több nagy galaxis volt szétszórva az univerzumban, mint azt egyes korábbi tanulmányok előre jelezték. Nem volt értelme.

„Azt várták, hogy ezeket az igazán hatalmas rendszereket csak a közeli univerzumban fogja látni” – mondta Simon. – Időbe telik, amíg a fekete lyukak kinőnek.

Kutatásai azonban egyre több bizonyítékot gyarapítanak, amely azt sugallja, hogy nincs szükségük annyi időre, mint azt az asztrofizikusok egykor hitték. Például a NANOGrav csapata hasonló jeleket látott az univerzumban lappangó óriási fekete lyukakról évmilliárdokkal ezelőtt.

Simon egyelőre abban reménykedik, hogy felfedezheti a fekete lyukak teljes skáláját, amelyek még távolabbra nyúlnak vissza az időben, és felfednek nyomokat a Tejútrendszer és végül a mi Naprendszerünk létrejöttéről.

„A fekete lyukak tömegének megértése kritikus fontosságú néhány alapvető kérdés, például a gravitációs hullámok háttere, de a galaxisok növekedése és az univerzumunk fejlődése szempontjából is” – mondta Simon.