Már több mint két évtizede keresték a csillagászok a nagy galaxisok középpontjában található szupernagy tömegű fekete lyukak körül feltételezett ezernyi kis tömegű fekete lyukat. Először az amerikai Columbia Egyetem csillagászai bukkantak ilyen objektumokra a Tejútrendszer középpontjában lévő szupernagy tömegű fekete lyuk, a Sagittarius A* körül.
„Az egész százezer fényév átmérőjű galaxisunkban mindössze nagyjából öt tucat fekete lyukat ismerünk, holott a várakozásaink szerint tíz-húszezernek kellene lennie csupán a középpont mindössze hat fényév átmérőjű környezetében. Ezeket korábban senki sem látta” – idézte a bejelentéskor a Csillagászat.hu szakportál a tucatnyi objektumot felfedező tudóscsoport vezetőjének, Chuck Hailey-nek, a Columbia Egyetem asztrofizikusának szavait.
Az ELTE asztrofizikusai a galaxismagban keringő csillagok pályáinak kölcsönhatásait szimulálták, és ez alapján határozták meg a fekete lyukak elhelyezkedését.
„Korábban azt gondolták, hogy a kisebb és nagyobb tömegű objektumok egyaránt tetszőleges irányban keringhetnek a központi nagy fekete lyuk körül. Kutatásaink azonban azt igazolják, hogy a nehezebb csillagok és a fekete lyukak egyetlen korongba rendeződnek” – mondja Szölgyén Ákos, az ELTE PhD-hallgatója, aki témavezetőjével, Kocsis Bencével a Physical Review Lettersben, az egyik legrangosabb fizikai szaklapban publikálta eredményeit.
Jelenlegi ismereteink szerint a galaxisok magját alkotó sűrű csillaghalmaz alapvetően két fő módon keletkezhetett. Az egyik szerint gáz áramlott a galaxis távolabbi régióiból a középpontban lévő szupernehéz fekete lyuk közelébe, a besűrűsödő gázból pedig idővel csillagok keletkeztek. A másik modell szerint ősi csillaghalmazok hullottak be a galaxis centrumába. Valószínűsíthető, hogy mind a két folyamat egyaránt szerepet játszott a kialakulásban – olvasható az ELTE tájékoztatójában.
Közös ezekben a modellekben, hogy a csillagok pályája kezdetben szintén korongokat alkothatott attól függően, hogy a gázfelhők vagy épp a behulló csillaghalmazok milyen irányból érkeztek a központba. Korábbi elképzelés szerint idővel ezek a csillagkorongok a gravitációs kölcsönhatás miatt elkeveredtek egymással. Azonban a nehezebb csillagok, amelyekből később a fekete lyukak keletkeznek, a gravitáció hatására lesüllyednek egy korongba úgy, ahogy a nehezebb részecskék leülepednek egy tartályban.
A magyarok ezt a jelenséget fedezték fel az adatokban, és azt találták, hogy ezek a korongok hosszú ideig megmaradhatnak. Azt is elemezték, hogy mi történik a közepes és a kis tömegű égitestekkel. Míg a közepes tömegű csillagok pályái szintén mutatnak némi korongszerű rendeződést, addig a számítások szerint a kis tömegű csillagok, mint a Naphoz hasonló idős csillagok, valamint a neutroncsillagok és fehér törpék leginkább gömbszimmetrikusan fordulnak elő a galaxismagban.
– A mi eredményünk elméleti munka, tehát számítógépes szimuláció. A tucatnyi fekete lyuk felfedezése megerősített minket a kutatás aktualitásában és fontosságában, illetve motivált bennünket. Tehát attól független, de alátámasztja az elképzeléseinket – mondta el Szölgyén Ákos.
Az ELTE kutatói jelenleg azt vizsgálják, hogy a galaxismagokhoz nagyon hasonló, de kisebb csillaghalmazokban, amelyeket gömbhalmazoknak neveznek, szintén kialakulhat-e a fekete lyukaknak és a nehéz csillagoknak egy ilyen korongja. Ez azért is érdekes lehet, mert máig nem tudjuk biztosan, hogy ezeknek a gömbhalmazoknak a közepén is van-e egy nagyobb tömegű fekete lyuk, vagy csak sok kisebb.
A felfedezésnek nagy jelentősége lehet a galaxismagok dinamikájának és a galaxisfejlődés megértésében, és fontos lehet a gravitációshullám-források eredetének értelmezésében.