Sikertörténet: kettőst kerestek, hármast találtak :)

Nem egy, nem kettő, hanem mindjárt három szupernagytömegű fekete lyukat fedeztek fel a J1502+1115 jelű aktív galaxisban Roger Deane (University of Cape Town, Dél-Afrika) és munkatársai. A Nature-ben megjelenő cikknek (az eredeti a Nature oldalán csak előfizetéssel érhető el) két magyar társszerzője is van: Paragi Zsolt (JIVE, Hollandia) és Frey Sándor (KGO, Magyarország).

A két távoli magot (7.4 kpc-ra vannak egymástól) először a közeli infravörös tartományban figyelték meg. Majd később az amerikai Karl G. Jansky Very Large Array halózattal rádiótartományban is megvizsgálták.

Aztán megfigyelték az objektumot az Európai VLBI hálózattal, Nevével ellentétben, ahogy már a blogon is megírtam, Afrikában, Ázsiában és Amerikában is vannak antennák. Ebben a mérésben az európain kívül a dél-afrikai, az areciboi, valamint kínai és orosz antennák is részt vettek. Ekkor kiderült, hogy az egyik komponensben két rádiósugárzó forrás található, alig 138 parszek (450 fényév) szeparációra egymástól. A galaxis több mint négymilliárd fényévre található tőlünk. A kompakt kettős felbontására ebben a távolságban csak rádióinterferometriával van lehetőség.

A szoros kettősről az EVN-nel készült rádiótérkép, a kontúrok az 1.7 GHz-es, a színskála az 5 GHz-es mérés eredménye. (Deanne et al., 2014 Nature)

A szoros kettős egyik tagjának környezetében emellett egy S-alakú struktúrát is sikerült kimutatni. A szerzők azt valószínűsítik, hogy ez egy precesszáló jet lehet. Hasonló precesszáló jeteket gyakran magyaráznak kettős fekete lyuk jelenlétével. (Bár általánosságban egyéb más magyarázatok is lehetségesek.)

A hármas galaxismag. Látható a szoros kettős miatt S-alakot formázó jet, illetve a távolabbi, harmadik komponens, amelyre a kettős gravitációja nincs hatással, piros színnel jelölt jetje egyenes (R.P. Deane / NASA GSFC)

A forrás egyébként a duplacsúcsú oxigén vonala miatt tűnt lehetséges kettősnek. (Kicsit részletesebben itt írtam erről.) Ez csak a távoli kettős meglétének lehetőségére utalt; nem egyértelműen mivel a duplacsúcsú vonalakra más magyarázatok is lehetségesek. Viszont a felfedezett szoros kettősnél megfigyelt deformálódott jet-alak felveti annak a lehetőségét, hogy ezt az indirekt módszert alkalmazva próbáljunk szoros kettős jelölteket (akár még rádió interferometérrel sem felbonthatóakat) kiválasztani.

A szerzők szerint a felfedezés annak a jele lehet, hogy az ilyen bonyolult rendszerek nem is olyan ritkák, mint feltételeztük. Ellenkező esetben viszont hatalmas nagy mázlijuk volt, talán lottózniuk sem ártana :) Hatalmas gratuláció a szerzőknek!

A cikk összefoglalója elérhető magyarul a hirek.csillaszat.hu-n. Valamint angolul például itt, meg itt.

Konferencia Potsdamban

Május végén (20. és 22. között) részt vettem egy Potsdamban megrendezésre került konferencián, a 99 years of Black Holes - from Astronomy to Quantum Gravity-n.

Ez egy COST (European Cooperation in Science and Technology) akció záró rendezvénye volt. A COST célja, hogy európai tudósok együttműködését támogassa, ezért különböző konferenciák, workshopok, iskolák rendezését, illetve egyes kutatók más intézménybe való látogatását támogatja, így is segítve elő a közös munkát.

Az MP0905 jelű, Black Holes in a Violent Universe című akció az első csillagászati témájú COST projekt volt. Jobb híján a Materials, Physics and Nanosciences terület alá sorolták be. Elnöke, szervezője és kitalálója Silke Britzen. A projekt 2010 januárjában indult és most júniusban zárult le. Potsdamban a tudományos konferencián kívül az utolsó nap (a management bizottság póttagjaként) meghallgathattam az egész, több éves munka összefoglalóját. Az volt az érzésem, hogy a COST-ot képviselő külső tanácsadó testület kifejezetten elégedett volt az elért eredményekkel. (A kutatók nagy része pedig sajnálkozott, hogy nem folytatódhat tovább ez a program. Ez a COST alapszabálya miatt nem lehetséges, de egy hasonló fekete lyukakkal főként elméleti síkon foglalkozó projekt szervezése már elkezdődött).

A konferencia tudományos szekciójában mind hosszabb, áttekintő (review) előadások, mind rövidebb friss eredményeket bemutató prezentációk helyet kaptak. A tárgyalt témák is változatosak voltak: fekete lyukak minden méretben, a kvantumostól a szupermasszívig; mind elméleti, mind megfigyelési adatokra fókuszáló munkák. A legelső pedig egy igazi interdiszciplináris előadás volt, amiben Jürgen Renn (a berlini tudománytörténeti Max Planck intézet munkatársa) beszélt arról a nem teljesen nyílegyenes folyamatról ahogy Albert Einstein lefektette az általános relativitáselmélet alapjait.

A szupernagytömegű fekete lyukak témakörében Eduardo Ros áttekintette a COST program négy éve alatt, annak támogatásával létrejött tudományos eredményeket. Lutz Wisotzki előadásában összefoglalta, hogy jelenleg milyen korrelációkat ismerünk, fogadunk el, vagy gyanítunk, hogy létezhet a galaxisok középpontjában lévő fekete lyukak tömege és a galaxis egyéb tulajdonságai között és milyen mértékben lehet ezt feedback jelenségekkel (ide tartozik például amikor az aktivitás, az aktív galaxismag hatására megváltozik a csillagkeletkezési ráta az anyagalaxison belül, vagy akár egy galaxishalmazban a galaxisközi anyag rendeződik át egy erős jetnek köszönhetően) magyarázni. Az előadó egyik cikke számos közeli AGN becsült tömegét tartalmazza; az ilyen minták sokszor igen hasznosak lehetnek, nem árt feljegyezni a cikk elérhetőségét. A másik érdekes friss eredmény, hogy szerzőtársával megmutatták, a fekete lyuk tömege és a anyagalaxisának központi dudora (bulge) között lévő korreláció különböző kozmikus időszakokban ugyanolyan volt. Korábban több szerző is úgy találta, hogy nagyobb vöröseltolódású galaxisok esetében a korreláció alakja változik, de Wisotzkiék megmutatták, hogy ha a méréseket befolyásoló különböző kiválasztási effektusokat megfelelően veszik figyelembe, akkor eltűnik ez az effektus.

Herman Verlinde és Steve Giddings a fekete lyukak Hawking sugárzása illetve az ennek kapcsán felmerülő paradoxon feloldásának lehetőségéról és a fekete lyuk által tárolt, elnyelt és kibocsátott kvantum információról beszéltek. A két elméleti szakember gyökeresen különböző álláspontot képviselt a témában, élénk vita is kialakult. Mindenesetre azt meg kell jegyezni, hogy habár mindketten fekete-öves elméleti szakemberek, hihetetlenül érdekes és közérthető előadásokat tartottak.

Andreas Eckart, ahogy ő nevezte, galaktikus időjárás-jelentést tartott: a Tejútrendszer középpontjában egyelőre továbbra is meglepően nyugodt az idő. Ez némi szomorkodásra adhat okot, hiszen a G2 felhő a legfrissebb modellszámítások szerint a központi fekete lyuk közvetlen környezetében tartózkodik (illetve nagyjából huszonöt-, harmincezer évvel ezelőtt volt ott) és mindenki abban reménykedik, hogy az arról leszakadó darabok felpörgethetik az akkréciót, kicsit aktívabb állapotba juttatva a Tejútrendszerben lévő egymillió naptömegű, jelenleg nyugodt fekete lyukat. A megközelítés másik hatása a csillagkeletkezés beindulása lehet a gázfelhőben, legalábbis szimulációk ezt mutatják. Ez magyarázatot adhat a G2-ben felfedezett (és azóta újabb méréssel megerősített) poros csillagszerű objektum (dusty stellar object) keletkezésére is.

Szintén a Tejútrendszerben található szupernagytömegű fekete lyuk volt a témája Vincent Fish előadásának, aki összefoglalta az Event Horizon Telescope projekt jelenlegi állapotát. Egy korábbi blogbejegyzésemben említettem már ezt a témát. Többek között az ALMA rendszert, mint egyetlen hatalmas antennát is be szeretnék kötni az EHT rendszerébe. Az első VLBI tesztek már idén megindulhatnak az ALMA-nál. És azóta meg is érkezett a hír, hogy megkezdődtek a hidrogén mézer beszerelési munkái, amelyek lehetővé teszik majd, hogy az ALMA antennái egyetlen nagy műszert formálva működhessenek.

Cristopher Reynolds az AGN-ek röntgentartományban történő megfigyeléséről tartott egy alapos és rendkívül élvezetes összefoglaló előadást. A röntgenmérések lehetőséget adnak arra, hogy a szupernagytömegű fekete lyukak spinjét meghatározzuk. Jelenleg 20 objektum spinjét ismerjük, de a röntencsillagászat kifejezetten fényes jövő előtt áll. A NuSTAR műhold két éve működik (tökéletesen) és a közeljövőben várható a japán ASTRO-H, az amerikai NICER és az indiai ASTRO-SAT felbocsátása, a kissé távolabbi jövőben pedig az Athena nagy, európai röntgen projekt ígérkezik izgalmas előrelépésnek. A minél több AGN spinjének megmérése több okból is nagyon fontos lenne. Például a spin nagysága utalhat az AGN kialakulásának módjára: a gyorsan forgó AGN-ek anyagbefogás útján hízhattak meg, míg az alacsonyabb spinű AGN-ek fekete lyukak összeolvadásával jöhettek létre. A másik érdekes kérdés, hogy van-e összefüggés a rádió-hangosság és a spin között. Korábban azt gondoltuk, hogy a nagyobb spinnel rendelkező AGN-eknek van erőteljes jetjük, ezek a klasszikus rádióhangos források. A jelenlegi, egyelőre sovány, 20 fős minta alapján viszont úgy tűnik, hogy a megoldás nem ilyen egyszerű. 

Kettős AGN-ek témakörében Edi Bon egy érdekes, újonnan felfedezett nagyon kis szeparációjú feltételezett kettősről, Vladimir Bozhilov (az előadás időpontjában még doktorandusz hallgató volt, a konferencia utáni héten védte meg értekezését) pedig a jól ismert, régóta kettősnek gyanított, OJ287 polarizált optikai sugárzásának monitorozásáról beszélt. Luciano Rezzolla fekete lyukak összeolvadásával kapcsolatban végzett numerikus szimulációk legfrissebb eredményeit mutatta be. (Róla már írtam itt a blogon.) Többek között azt is, hogy milyen hatással van a két fekete lyuk spinjének egymáshoz viszonyított nagysága és iránya az összeolvadás után létrejött fekete lyuk sebességére. 

Számos előadás foglalkozott a csillagtömegű fekete lyukakkal, illetve hallottunk pár feltételezett átmeneti tömegű (tíz- illetve százezer naptömegű) fekete lyukról is. Marianne Heida doktorandusz ezen (relatíve) kisebb tömegű fekete lyukak tömegmérésének nehézségeiről beszélt. A csillagot és fekete lyukat tartalmazó rendszerek közül az ULX-ek (Ultraluminous X-ray source) esetén merült fel, hogy ezeknél a fekete lyukak a közepes mérettartományba eshetnek. A tömeget úgy lehetne megbecsülni (illetve az inklinaciót is tartalmazó tömegfüggvényt), ha a kettős csillag tagjának színképvonalaiból mérnének radiális sebességet. Ez azonban nagyon nehéz, mivel az akkréciós korong optikai tartományban általában túlragyogja a csillagot. Heida viszont olyan rendszereket keres, ahol a társcsillag vörös óriás ezért a közeli infravörös tartományban is megfigyelhető; itt tehát elméletileg lehetséges lesz a fekete lyuk tömegének becslése.

Felix Mirabel előadásában kitért arra az érdekes kutatási irányra, hogy vajon a korai Univerzumban létező és akkretáló csillagtömegű fekete lyukak, hogyan járultak, járulhattak hozzá a Világegyetem reionizációjához.

A konferencia kapcsán ellátogattuk az Albert Einstein Tudományos Parkba, ahol több kutatóhely is található (a Német Földtudományi Intézet, a Potsdami Leibniz Asztrofizikai Intézet, az Alfred Wegener Sark- és Tengerkutató Intézet és a Potsdami Klímakutató Intézet). Itt az Einsteinturmot (Einstein torony) és a nagy lencsés távcsövet (Große Refraktor) néztük meg. Ez utóbbi 1899-ben a világ legnagyobbja volt.

1904-ben ezzel a műszerrel fedezte fel Johannes Hartmann a csillagközi anyagot kettős csillagok színképeit vizsgálva. A tükrös távcsövek megjelenésével és elterjedésével párhuzamosan fokozatosan vesztette el a műszer a jelentőségét. 1945-ben az épületet bombatalálat érte, helyreállították és még 1968-ig használták a távcsövet. Utána viszont elhanyagolták, beázott az épület, rozsda marta szét a fémet. 1997-ben hoztak létre egy alapítványt, amelynek sikerült gyönyörű szépen helyreállítani mind a műszert, mind a kupolát is. Jelenleg bemutató műszerként hasznosítják.

Az Einstein tornyot az 1920-as években építették Erich Mendelshon tervei alapján.

Érdekes-mesés-fura formája van (engem a Gyűrűk ura hobbit házaira emlékeztet némileg), ha jól tudom ez az úgynevezett organikus építészet :) Ugyan Einstein sohasem dolgozott itt és a naptávcsővel végül is nem végeztek relativitáselméletet bizonyító kísérletet (bár eredetileg ezért épült volna) a név megmaradt - amúgy turisztikai okokból sem tűnik rossz választásnak. A toronyban ma is naptávcső van, amit használnak is.

Problémás fánkok

Korábban (ebben és ebben a bejegyzésben) már írtam az AGN-ek egyesített modelljéről. A modell fontos eleme az árnyékoló portórusz, amelyet a közérthetőség kedvéért sokszor fánk (doughnut) alakúnak írnak le. A NASA WISE űrszondájának AGN felmérése szerint azonban valami nem teljesen úgy működik ahogy azt az egyesített modelltől várnánk. Légy került a fánkba?

A 2009-ben felbocsátott WISE, Wide-field Infrared Survey Explorer műhold egész égbolt felmérést végzett négy infravörös hullámhossztartományban (3,4, 4,6, 12 és 22 mikronon). A projekt megfigyelési része 2011-ben fejeződött be,¹ a hatalmas adathalmazból pedig azóta jönnek szép sorban a cikkek. Ezek egyike az említett meghökkentő eredmény is. A több mint 170 000 szupernagytömegű fekete lyukat tartalmazó adatbázist vizsgálták át és jutottak a kutatók arra a következtetésre, hogy az árnyékolt AGN-t tartalmazó galaxisok gyakrabban csoportosulnak, mint azok, amelyekben közvetlenül rálátunk a központi energia forrásra.

Ez a megfigyelés nem magyarázható meg a jelenlegi AGN modelljeinkkel. Hiszen az hogy árnyékolt vagy nem árnyékolt a központi fekete lyuk, attól függ, hogy milyen szögben látunk az adott objektumra. Eddig úgy gondoltuk, hogy teljesen véletlenszerű, hogy épp árnyékolt vagy nem árnyékolt AGN-ként figyelünk-e meg egy objektumot. A WISE mérései alapján viszont úgy tűnik valami más is (?) befolyásolhatja, hogy egyes vagy kettes típusú AGN-t figyelünk meg.

A szerzők sem tudnak egyelőre magyarázattal szolgálni a megfigyelési eredményekre. Viszont felvetették, hogy valamilyen még nem ismert módon ez a probléma kapcsolódhat a sötét anyaghoz (dark matter). Jelenlegi tudásunk szerint az Univerzum anyagának körülbelül 27%-át a csak gravitációs hatása révén megfigyelhető sötét anyag teszi ki (míg a normális, hétköznapi anyag csak 5%-át). Feltételezések szerint majd minden galaxist a saját sötét anyag halo-ja öleli körbe. Ha nagyobb ez a halo, akkor nagyobb lesz az adott galaxis gravitációs vonzása. Mivel az árnyékolt AGN-ek egymáshoz közel szeretnek elhelyezkedni, ezért valószínűleg anyagalaxisuk sötét anyag halo-ja is nagyobb. Azonban, hogy ez hogyan kapcsolódik ahhoz, hogy ezeket az AGN-eket mint kettes típusú forrásokat figyeljünk meg, az egyelőre nem világos.

^{1. 2013-ban a WISE szondát felélesztették és a NEOWISE program keretében olyan üstökösöket, aszteroidákat vizsgál (a két rövidebb infravörös hullámhosszon), amelyek a Földre veszélyt jelenthetnek.}