A Subaru-távcsővel végzett megfigyelések egy feltűnő, szokatlan kombinációt tártak fel: a kvazárban rendkívül gyors akkréció zajlik, miközben egyidejűleg bocsát ki erős röntgensugárzást, illetve egy plazmasugárból erős rádiósugárzást - ezek együtt elméletileg nem létezhetnek. A két jelenség váratlan kombinációja új adatokkal szolgál arról, hogy a szupernagy tömegű fekete lyukak miként növekedtek a korai Univerzumban.
A szupernagy tömegű fekete lyukak több millió vagy több milliárd naptömegűek. A legtöbb galaxis központjában megtalálhatóak. Úgy növekednek, hogy gázt szívnak magukra. Ahogy a gáz befelé spirálozik, akkréciós korongot alkot, és képes egy kompakt, forró plazmából álló régiót is létrehozni, amit koronának nevezünk (főként innen származik az észlelt röntgensugárzás). Egyes rendszerekben még egy plazmasugár is kialakul, amely erős rádiósugárzást bocsát ki. A legfényesebb, aktívan táplálkozó fekete lyukakat kvazároknak nevezzük. Egy dolgot azonban nem tudunk: hogyan válhatott néhány szupernagy tömegű fekete lyuk ilyen hatalmassá a kozmikus történelem hajnalán?
A fekete lyukak növekedésének sebességhatára
Az ilyen korai gyors növekedésre a jelenleg elfogadott magyarázat a szuper-Eddington akkréció. Elméletileg a fekete lyukba hulló anyag által kibocsátott sugárzás visszatartja a gázt és felső határt szab a folyamatos növekedésnek (ezt nevezzük Eddington-határnak). Különleges körülmények között azonban a fekete lyukak ideiglenesen átléphetik ezt a határt, ami lehetővé teszi a rövid kozmikus időskálán a gyors tömeggyarapodást.
Annak tesztelésére, hogy a korai Univerzumban előfordult-e ilyen extrém növekedés, a kutatók a Subaru távcső közeli infravörös spektrográfjával (MOIRCS) figyelték meg a gáz mozgását a kvazár közelében, és az ionizált magnézium (Mg II) emissziós vonala (2800 Å) alapján megbecsülték a fekete lyuk tömegét. Felfedeztek egy szupernagy tömegű fekete lyukat a korai Világegyetemben, 12 milliárd évvel ezelőtt, amelynek akkréciós sebessége a röntgenmegfigyelések alapján 13-szor nagyobb volt az Eddington-határnál.
A meglepetés: fényes röntgensugarak és erőteljes rádiójet
Az teszi különösen érdekessé ezt a kvazárt, ahogy több hullámhosszon viselkedik. A szuper-Eddington fázisok során számos modell előrejelzése szerint a belső áramlási struktúra olyan módon változik, hogy csökkentheti a megfigyelhető röntgensugárzást, és hogy a sugárnyalábok kevésbé lesznek láthatóak. Ez a kvazár azonban mind röntgentartományban, mind rádiótartományban fényes, de közben aktív koronát és erőteljes plazmanyalábot is fenntart. Ez a váratlan kombináció olyan fizikai mechanizmusokra utal, amelyeket a jelenlegi extrém akkréciót és jetkibocsátást leíró modellek nem magyaráznak meg.
Egy fekete lyuk átmeneti állapotának megfigyelése akkréciós robbanás után
A kutatók szerint elképzelhető, hogy az égitestet egy rövid, átmeneti fázisban sikerült megfigyelni, például a beáramló gáz hirtelen berobbanásakor. Egy ilyen helyzetben az akkréció váratlan felgyorsulása szuper-Eddington állapotba sodorhatja a rendszert, míg a fényes röntgenkorona és az erőteljes plazmasugár korlátozott ideig energiával telített marad, mielőtt a rendszer egy átlagosabb állapotba kerülne.
Ha a felfedezés helytállónak bizonyul, akkor ritka lehetőségünk nyílik az időben változó fekete lyukak növekedésének megfigyelésére a korai Világegyetemben, és ez fontos lépés annak megértése felé, hogy a hatalmas fekete lyukak hogyan alakultak ki ilyen gyorsan.
Miért fontos ez a galaxisok fejlődése szempontjából?
A kvazár erőteljes rádiósugárzása arra utal, hogy a plazmasugara elég nagy energiával bír ahhoz, hogy befolyásolja a környezetét. Az ilyen jetek energiával láthatják el a galaxisukat, amivel szabályozhatják a csillagkeletkezést, valamint azt, ahogyan a galaxisok és a fekete lyukak közösen tovább fejlődnek. A szuper-Eddington növekedés és a jet-visszacsatolás közötti kapcsolatot nem értjük teljesen, és az objektum új referenciaértékeket nyújt ezeknek az elképzeléseknek a korai Univerzumban történő ellenőrzéséhez.
“Ez a felfedezés segíthet megértenünk, hogyan alakultak ki ilyen gyorsan a szupernagy tömegű fekete lyukak a korai Univerzumban. Szeretnénk megvizsgálni, mi okozza a szokatlanul erős röntgen- és rádióemissziót, és hogy vannak-e hasonló objektumoknak nyomai az égboltfelmérési adatokban.” - mondta az eredményeket ismertető tanulmány vezető szerzője, Sakiko Obuchi (Waseda University).
Forrás: https://subarutelescope.org/en/results/2026/01/21/3645.html
Az eredményeket bemutató szakcikk: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae1d6d
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet