A világegyetem legnagyobb fekete lyukai a jelek szerint nem közvetlenül összeomló csillagokból születnek, hanem rendkívül sűrű csillaghalmazokban végbemenő ismételt ütközések során növekednek óriásira, ami alapjaiban formálhatja át a csillagfejlődésről alkotott elképzeléseinket.

A Cardiffi Egyetem vezette kutatócsoport a LIGO–Virgo–KAGRA együttműködés 4.0-s gravitációshullám-katalógusát elemezte, amely 153 megbízható feketelyuk-összeolvadást tartalmaz, és ezek alapján arra jutott, hogy a legnagyobb tömegű objektumok egy része második generációs eredetű lehet.

Az elöregedő csillagokból kialakuló fekete lyukak

Ebben a forgatókönyvben az elöregedő csillagokból kialakuló fekete lyukak először egymással ütköznek, majd az így létrejövő nagyobb objektumok újra és újra összeolvadnak olyan csillaghalmazokban, ahol a csillagok sűrűsége akár egymilliószor is meghaladhatja a Nap környezetében tapasztalható értéket.

Az eredmény egyfajta kozmikus újrahasznosítás, amely során az egyre nagyobb tömegű fekete lyukak láncreakciószerű folyamatban jönnek létre. A Nature Astronomy folyóiratban közölt tanulmány szerint a gravitációs hullámok nem csupán az összeolvadások számát fedik fel, hanem a fekete lyukak növekedésének körülményeiről is árulkodnak.

G

Kövess minket a Google-ben

Legyen a Liner a követett forrásod

Jelöld be a Linert követett forrásként a Google-ben.

Beállítom

„A gravitációshullám-csillagászat ma már többet tesz annál, mint hogy megszámolja a fekete lyukak ütközéseit” – fogalmazott a kutatást vezető Dr. Fabio Antonini, a Cardiffi Egyetem Fizikai és Csillagászati Iskolájának munkatársa. „Kezdi feltárni, miként és hol növekednek ezek az objektumok, és ez mit mond el a nagy tömegű csillagok életéről és haláláról. Ez különösen izgalmas, mert az így nyert információkkal tesztelhetjük a csillagok és csillaghalmazok fejlődéséről alkotott modelljeinket.”

Érdekes adatok láttak napvilágot

Az adatok elemzése két jól elkülöníthető populációt rajzolt ki, amelyek közül a nagyobb tömegű fekete lyukak forgási tulajdonságai bizonyultak a legbeszédesebbnek.

„A leginkább az lepett meg bennünket, hogy a nagy tömegű fekete lyukak mennyire egyértelműen különálló populációt alkotnak” – mondta Dr. Isobel Romero-Shaw, az intézmény Ernest Rutherford-ösztöndíjas kutatója. „Míg az alacsonyabb tömegű rendszerek általában lassan forogtak, addig a nagyobb tömegűek gyorsabb forgást mutattak, ráadásul látszólag véletlenszerű irányokba orientálva. Pontosan ilyen jelre számítanánk, ha a fekete lyukak sűrű csillaghalmazokban ismételten összeolvadnának. Ez sokkal meggyőzőbbé teszi a halmazeredet magyarázatát, mint a korábbi katalógusok alapján.” – idézi a ScienceDaily.

Beszédesek az eredmények

A vizsgálat egy évtizedek óta feltételezett tömeghiány létezését is megerősíti, amely szerint bizonyos tömegtartományban a csillagok nem hagyhatnak maguk után fekete lyukat, mert a párinstabilitás miatt teljesen megsemmisülnek. A kutatók körülbelül 45 naptömeg körül azonosították ezt az átmenetet, ahol a közvetlen csillagösszeomlással létrejövő fekete lyukaknak elvileg nem szabadna megjelenniük.

„Tanulmányunkban bizonyítékot találtunk a régóta jósolt párinstabilitási tömeghiányra, vagyis arra a tartományra, ahol a csillagok várhatóan egyáltalán nem hagynak hátra fekete lyukat” – hangsúlyozta Antonini. „A gravitációs hullámokat észlelő detektorok azonban olyan objektumokat is találtak, amelyek ebben vagy ehhez közeli tartományban helyezkednek el, nagyjából 45 naptömeg körül. A kulcskérdés tehát az, hogy ezek az objektumok a csillagfejlődési modelljeink hiányosságaira mutatnak rá, vagy teljesen más módon jönnek létre. A jelenlegi mintában szereplő legnagyobb fekete lyukak inkább a csillaghalmazok dinamikájáról árulkodnak, nem pusztán a csillagfejlődésről. Körülbelül 45 naptömeg felett a forgási eloszlás olyan módon változik meg, amelyet nehéz kizárólag hagyományos kettőscsillag-rendszerekkel magyarázni, viszont természetes következménye lehet annak, ha ezek az objektumok korábbi összeolvadásokon estek át sűrű halmazokban.”

A kutatók szerint a gravitációs hullámok vizsgálata a jövőben a magfizikai folyamatok megértéséhez is hozzájárulhat, mivel a párinstabilitás által meghatározott tömeghatár érzékenyen függ a nagy tömegű csillagok magjában zajló héliumégetési reakcióktól. „A jövőben a gravitációs hullámok adatai segíthetnek a magfizika tanulmányozásában, mert a párinstabilitás által kijelölt tömeghatár a csillagmagokban végbemenő nukleáris reakcióktól függ” – tette hozzá Dr. Fani Dosopoulou kutató.

Az eredmények arra utalnak, hogy a világegyetem legnagyobb fekete lyukai nem egyszerűen hatalmas csillagok maradványai, hanem kozmikus ütközéssorozatok termékei, amelyek új fejezetet nyithatnak a fekete lyukak eredetének és a csillaghalmazok dinamikájának kutatásában.