A csillagászok egy évtizeddel ezelőtt fedezték fel a galaxisoknak azt a nagy tömegű egyedekből álló, kicsiny populációját, amelyet vörös rögöknek (red nuggets) neveztek el. A nagyon távoli objektumokat először a Hubble-űrtávcső felvételein azonosították, távolságuk az ősrobbanás utáni három-négy milliárd évvel ezelőtti állapotot jelez.

Kiderült, hogy a vörös rögök az első, nagy tömegű galaxisok maradványai, amelyek az ősrobbanást követő egymilliárd év során jöttek létre.

Egyúttal feltételezik, hogy a vörös rögök lehetnek azoknak az óriás elliptikus galaxisoknak az ősei, amelyek a világegyetem közelebbi részein figyelhetők meg. A vörös rögök tömege hasonló ezeknek az óriás elliptikus galaxisoknak a tömegéhez, méretük azonban csupán körülbelül ötöde azokénak - írja közleményében az egyetem.

Fantáziarajz az MRK 1216 „vörös rög” típusú galaxisról, közepén a szokásosnál is nagyobb óriás fekete lyukkal. A kis kép a galaxisnak a Chandra-röntgentávcső megfigyelései alapján előállított képét mutatja (ELTE; röntgen: NASA/CXC/MTA-Eötvös University/N. Werner et al.; grafika: NASA/CXC/M. Weiss)

A legtöbb vörös rög az évmilliárdok során egyesült más galaxisokkal, kis hányaduk azonban átvészelte az univerzum történelmét anélkül, hogy közelebbi kapcsolatba került volna más galaxisokkal, így lényegében érintetlen állapotban maradt meg.

Az aranyrögökről elnevezett galaxistípus tagjai igazi kincsesbányát jelentenek a csillagászoknak, amikor azt tanulmányozzák, hogyan fejlődtek a galaxisok és a magjukban lévő, hatalmas tömegű fekete lyukak az évmilliárdokon át tartó elszigeteltségben.

Mohó fekete lyukak

A NASA június végén sajtóközleményben adott hírt a vörös rögökre vonatkozó új kutatási eredményről, amely szerint

a galaxisok magjában található óriás fekete lyukak ezekben a galaxisokban elfojtják a csillagok keletkezését, miközben a csillagok felhasználatlan üzemanyagát magukévá téve szokatlanul nagyra híznak.

A felfedezést az a nemzetközi kutatócsoport tette, amelynek vezetője és a felfedezésről hírt adó tudományos publikáció első szerzője Werner Norbert, az ELTE Fizikai Intézetében 2016 óta működő MTA-ELTE Lendület Forró Univerzum Kutatócsoport vezetője. Rajta kívül a részben ugyanebben a Lendület csoportban dolgozó Kiran Lakhchaura, valamint japán és amerikai egyetemeken dolgozó csillagászok vettek részt a munkában.

A Chandra-űrtávcsővel két ilyen elszigetelt galaxisban vizsgálták a forró gáz tulajdonságait. Bár a legrégebbi vörös rögök több milliárd fényév távolságban vannak, a két vizsgált objektum távolsága "mindössze" 295 millió, valamint 344 millió fényév.

A két galaxis mintegy 13 milliárd éve létezik anélkül, hogy eközben más galaxisokkal kölcsönhatásba kerültek volna.

Ez ritkaság, hiszen a galaxisok közötti kölcsönhatások, ütközések, összeolvadások meglehetősen gyakoriak a világegyetemben.

A termikus röntgensugárzást kibocsátó, vagyis több millió fokos hőmérsékletű gáz vizsgálata betekintést nyújt azokba a folyamatokba, amelyeket a galaxisokban lévő óriás fekete lyuk generál. A csillagászok megállapították, hogy a fekete lyukak elhatalmasodnak ezekben a galaxisokban, ami nem kedvez a csillagok kialakulásának.

Pusztító forróság, galaktikus étvágy

A szakemberek régóta tudják, hogy a fekete lyukba behulló anyagot az erős gravitációs és mágneses tér kifelé térítheti és az így kialakuló nagy sebességű gázkilövellések (jetek) elfojtják a csillagkeletkezést. Ez azért történik, mert a fekete lyuk közelében lejátszódó, heves folyamatok intenzív energiaforrást jelentenek, kisugárzott hőjük pedig megakadályozza, hogy a galaxisban a csillagközi gáz eléggé lehűljön ahhoz, hogy tömegesen csillagok keletkezhessenek belőle.

Az MRK 1216 galaxis középpontjában a gáz forróbb a környezeténél, ami a fekete lyuk közelmúltbeli fűtő hatását mutatja. A galaxis középpontjából rádiósugárzás is érkezik, ami a fekete lyukból kiinduló gázkilövellések jele. Végül, a fekete lyuk közelében a röntgensugárzás mintegy százmilliószor gyengébb a fekete lyukak maximális növekedési sebességét megszabó elméleti határnál (az úgynevezett Eddington-határnál), ahol a kifelé ható sugárnyomás egyensúlyt tart a gravitációs vonzással. Mindezen megfigyelési tények együttesen határozottan azt bizonyítják, hogy ezekben a vörös rögökben a központi fekete lyuk aktivitása elnyomja az új csillagok keletkezését.

Az MRK 1216 „vörös rög” galaxis képe az optikai (Hubble-űrtávcső) és a röntgen (Chandra-röntgentávcső) tartományban (ELTE / röntgen: NASA/CXC/MTA-Eötvös University/N. Werner et al.; optikai: NASA/STScI)

A fekete lyukak és a forró gáz között másfajta kapcsolat is lehet. A szerzők véleménye szerint a két galaxisban lévő fekete lyuk tömegének jelentős hányada a galaxisokat körülvevő gázból származik. Az MRK 1216 és a PGC 032873 galaxisokban található fekete lyukak az ismert legnagyobbak közé tartoznak, a középpontjuk közelében lévő csillagok sebességének optikai megfigyelése alapján becsült tömegük körülbelül ötmilliárd naptömeg lehet. Továbbá, az MRK 1216-ban lévő fekete lyuk tömege biztosan, a PGC 032873-ben lévőé pedig valószínűleg a galaxisok központi tartományában található csillagok együttes tömegének néhány százalékát teszik ki, míg ugyanez az arány a legtöbb galaxisban körülbelül egy nagyságrenddel kisebb.

Úgy tűnik tehát, hogy a fekete lyukak nemcsak gátolják a csillagok keletkezését, hanem a galaxis anyagának egy részét is magukba szippantják.