A világegyetem legnagyobb fekete lyukai erőszakos összeolvadásokban születhetnek?

A tudósok új bizonyítékokat találtak arra, hogy a Világegyetem legnagyobb fekete lyukai nem egyszerűen magányos csillagok összeomlásából jönnek létre. Ehelyett ezek az óriási égitestek valószínűleg sűrű csillaghalmazokon belüli fekete lyuk-összeolvadások sorozatából növekednek brutális erővel.

Két külön fekete lyuk-populáció nyomában

A LIGO–Virgo–KAGRA együttműködés 4.0-s katalógusa (GWTC-4) eddig 153 megbízható fekete lyuk-összeolvadást rögzített. Ezek elemzése során a kutatók arra fókuszáltak, hogy vajon a legnehezebb fekete lyukak „másodgenerációs” objektumok lehetnek-e, vagyis már több összeolvadáson átment, szinte véletlenszerű irányú forgástengellyel rendelkező égitestek, amelyek rendkívül sűrű csillaghalmazokban keletkezhettek. Másként fogalmazva: a legnagyobb fekete lyukak fejlődéstörténete markánsan eltér a kisebb testvéreikétől.

A gravitációs hullám-észlelések elemzése alapján két fő csoportra bukkantak: egy alacsonyabb tömegű csoportra, amely megfelel a klasszikus csillagösszeomlásnak, és egy nehezebbre, amelynek forgása egyértelműen a többszörös összeolvadásra utal. Különösen feltűnő, hogy míg az egyszerűbb rendszerek lassan forognak, a legnagyobb fekete lyukak gyors és véletlenszerűen orientált perdülettel bírnak — épp mint amire egy sűrű csillaghalmazban egymást érő ütközések esetén számítanánk.

A rejtélyes tömegűrés és a csillaghalmazok titkai

A mostani eredmények megerősítik a régóta feltételezett „tömegűrést” (mass gap) is, amely szerint egy bizonyos csillagtömeg felett a szupernóva-robbanás végképp megsemmisíti az óriáscsillagokat, így abból fekete lyuk nem keletkezhet. A kutatók szerint ez az űr hozzávetőleg 45 naptömeg körül jelentkezik (ez nagyjából 9 × 10³¹ kg).

A kérdés azonban korántsem ilyen egyszerű: fekete lyukakat most már ebben a „tiltott övezetben” is észlelnek — ami vagy a csillagfejlődési modellek átgondolására késztet, vagy izgalmasabb magyarázatot sejtet. A 45 naptömeget meghaladó példányok perdület-eloszlása is arra utal, hogy itt nem magányosan keletkezett, hanem már összeolvadáson átesett fekete lyukak rejtőznek.

A fekete lyukak kulcsszerepe az univerzum mélyének megértésében

A felfedezések hozzájárulhatnak a magfizikai folyamatok feltárásához is: például ahhoz, hogy miként ég el a hélium a gigantikus csillagok belsejében. Mivel a tömegűrést okozó páros-instabilitás pontos határa a csillagmagokban zajló magreakciókon múlik, a gravitációs hullámok jövőbeni adatelemzése akár ezeket a titkokat is feltárhatja.

2026, adminboss, www.sciencedaily.com alapján