Amikor egy szupermasszív fekete lyuk végleg kifogy az üzemanyagból, a körülötte lévő plazmakiáramlások lassú haldoklásba kezdenek. A csillagászok most egy eddig ismeretlen, gyorsan elhalványuló rádiógalaxis-populációt azonosítottak, amely megmutatja, miként hunynak ki az univerzum legnagyobb energetikai szerkezetei. A felfedezés alapvetően alakítja át a galaxisok fejlődéséről és a központi fekete lyukak aktivitási ciklusairól alkotott elképzeléseinket.
A kozmikus gázsugár elnémulása
A rádiógalaxisok a világegyetem leglátványosabb objektumai közé tartoznak. Középpontjukban egy-egy szupermasszív fekete lyuk található, amely a környezetéből gázt és port szív magába. A felhalmozódási korongba zuhanó anyag egy része azonban nem nyelődik el, hanem a mágneses mezők hatására fénysebességhez közeli sebességre gyorsulva, két ellentétes irányú nyalábban lökődik ki a intergalaktikus térbe. Ezek a gázsugarak több millió fényév kiterjedésű, rádiótartományban sugárzó lebenyeket fújnak fel a galaxisok körül.
Ez a látványos folyamat azonban nem tart örökké. Amikor a központi fekete lyuk anyagutánpótlása megszakad vagy lelassul, a plazmasugarakat tápláló motor kikapcsol. A korábban kilövellt gázlebenyek nem tűnnek el azonnal: a bennük lévő energiadús részecskék továbbra is sugároznak, ám friss gázutánpótlás híján fokozatosan veszítenek energiájukból. A csillagászok ezeket a haldokló alakzatokat nevezik maradvány rádiógalaxisoknak.
A folyamat megértése azért kulcsfontosságú, mert a fekete lyukak által kiáramoltatott energia szabályozza a galaxisok gázkészletét. Ha a sugárzás felhevíti a környező gázfelhőket, megakadályozza az új csillagok születését. Amikor a fekete lyuk leáll, ez a visszacsatolási mechanizmus megszűnik, leheletnyi szünetet hagyva a galaktikus környezet átalakulásában.
Többmilliószoros időskálák és gyorsabb elhalványulás
A Fokvárosi Egyetem és az Adatintenzív Csillagászati Interegyetemi Intézet kutatói által vezetett nemzetközi csoport 14 lehetséges maradvány rádiógalaxist vizsgált meg az XMM-Newton X-ray űrteleszkóp által részletesen feltérképezett XMM-LSS égboltrégióban. A pontos spektrális modellezés révén a kutatók igazolták, hogy a jelöltek közül 12 valóban haldokló rendszer, míg kettő még mindig aktív állapotban van.
A megerősített maradványok kora meglepő eredményt hozott a csillagászok számára. A spektroszkópiai mérések szerint a fekete lyukak által táplált sugarak leállása óta mindössze 8–42 millió év telt el, a mintára jellemző átlagos életkor pedig körülbelül 12 millió év. Ez a tartomány jóval rövidebb a korábban megfigyelt maradvány rádiógalaxisok becsült életkoránál.
Ez az időbeli eltérés megmagyarázza, miért olyan nehéz tetten érni a haldokló rádiógalaxisokat. A plazmalebenyek a motor leállása után a vártnál sokkal gyorsabban veszítik el fényességüket, így a rádióteleszkópok számára csupán egy szűk időablak áll rendelkezésre az észlelésükre. A megfigyelt rendszerek ráadásul a fejlődés eltérő stádiumaiban állnak: egyeseknél éppen csak kikapcsolt a központi hajtómű, míg másoknál a sugárzás már szinte teljesen elenyészett.
Többhullámhosszas rádióteleszkópok hálózata a nyomokban
A halvány, gyorsan enyésző rádióstruktúrák kimutatása komoly technológiai kihívást jelentett. A kutatócsoport a dél-afrikai MeerKAT rádióteleszkóp-rendszer MIGHTEE felmérésének adatait kombinálta az indiai uGMRT, az európai LOFAR hálózat és az amerikai Jansky Very Large Array megfigyeléseivel. A szinte teljes rádiófrekvenciás tartományt lefedő mérések elengedhetetlennek bizonyultak a részecskék öregedési ütemének feltárásához.
Ahogy a plazmalebenyekben lévő elektronok energiát veszítenek, először a magasabb frekvenciájú rádiósugárzásuk enyészik el, miközben alacsonyabb frekvenciákon még egy ideig kimutathatók maradnak. A több frekvencián végzett szimultán mérések nélkül sok maradvány galaxist tévesen aktívként osztályoztak volna a kutatók.
A kutatás eredményeit a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című szakfolyóiratban publikálták. A csillagászok abban bíznak, hogy a következő generációs rádióteleszkópok segítségével még több hasonló, rövid életű maradványt fedezhetnek fel, végérvényesen kirakva a szupermasszív fekete lyukak és otthonaik közös fejlődéstörténetének hiányzó mozaikdarabjait.
