A csillagászat történetének egyik legmeghökkentőbb felfedezése látott napvilágot, amely gyökeresen felforgatja a bolygókeletkezésről alkotott eddigi elméleteinket. Egy nemzetközi kutatócsoport legfrissebb számítógépes szimulációi kimutatták, hogy az aktív galaxisok központjában elhelyezkedő szupermasszív fekete lyukak közvetlen környezetében, az úgynevezett aktív galaxismagok (AGN) gáz- és portóruszaiban exobolygók milliói alakulhatnak ki és születhetnek meg. A szakértők saját bevallásuk szerint is megdöbbentek azon, hogy a bolygóképződés ezen extrém gravitációs és sugárzási környezetben is végbemehet a jelzett tömeg- és mérettartományban.
Az asztrofizikusok korábban kizárólag pusztító szörnyetegként tekintettek a szupermasszív fekete lyukakra, amelyek mindent elnyelnek, ami a közelükbe kerül. A legújabb tudományos modellek azonban rávilágítanak, hogy ezek a kozmikus objektumok egyben a világegyetem legnagyobb bolygógyárai is lehetnek. Ez a felfedezés teljesen új alapokra helyezi az exobolygók eloszlásának és az extrém világok evolúciójának tanulmányozását.
A csillagközi pusztaságtól a kaotikus akkréciós korongokig
A hagyományos csillagászati modellek szerint a bolygók a fiatal csillagok körül kialakuló protoplanetáris korongokban születnek, ahol a porszemcsék lassan, évmilliók alatt tapadnak egymáshoz. Ezzel szemben az aktív galaxismagok környezete a lehető legellenségesebb hely a kozmoszban: a központi szupermasszív fekete lyukak az általuk beszívott anyagból gigantikus, lapított akkréciós korongot formálnak, miközben a pólusaiknál közel fénysebességű plazmasugarakat lőnek ki az űrbe. A hatalmas súrlódás miatt ezek a régiók olyan fényesen ragyognak, hogy képesek túlragyogni az anyagalaxisuk összes csillagának együttes fényét is.
A kutatók korábban úgy vélték, hogy az itt uralkodó extrém árapály-erők, az intenzív gravitáció és a gyilkos sugárzás azonnal szétzilálnak minden kezdeti csomósodást. Az új szimulációk viszont bebizonyították, hogy a fekete lyukaktól távolabb eső, külső régiókban a fizikai feltételek és a hőmérséklet meglepően hasonlóvá válnak a fiatal csillagok körüli bolygónevelő zónákhoz, megteremtve a lehetőséget a porszemcsék stabil növekedéséhez.
Lávaóriások és az áramlási instabilitás rejtélye
A vizsgálatot vezető Bhupendra Mishra, a University of Colorado Boulder kutatója, valamint Wladimir Lyra, a New Mexico State University asztrofizika-professzora egy rendkívül részletes számítógépes modellt hoztak létre. A szimuláció során az aktív galaxismagok külső peremére jellemző adatokat táplálták be, és azt vizsgálták, miként viselkedik az anyag több millió év leforgása alatt. Az eredmények minden várakozást felülmúltak: az úgynevezett áramlási instabilitás (streaming instability) hatására a hatalmas porfilamentumok rendkívül gyorsan álltak össze gigantikus égitestekké.
A modell szerint a fekete lyukaktól néhány tíz parszekes távolságban (egy parszek körülbelül 3,3 fényév) akár több tízmillió olyan exobolygók építőelem, illetve kész bolygó jöhet létre, amelyek elérik vagy messze meghaladják a Jupiter tömegét. A szakértők kiemelték, hogy mivel az AGN-korongok lényegesen több gázt és port tartalmaznak, mint egy átlagos csillag körüli rendszer, a bolygók növekedése szinte korlátlan. Ezek a gigantikus égitestek kezdetben leginkább izzó lávagolyókra hasonlítanak az őket érő intenzív külső hatások miatt.
Kozmikus léptékű strukturális átrendeződés
Ennek a mechanizmusnak a hosszú távú hatásai alapjaiban változtatják meg a galaxisok fejlődéstörténetét. Ha minden egyes aktív galaxismag képes több millió vagy akár több tízmillió bolygót létrehozni a kozmikus történelem során, akkor a fekete lyukak körül keringő exobolygók teljes száma meghaladhatja a hagyományos csillagok körül keringő világokét. Ez a korábban ismeretlen bolygókeletkezési útvonal magyarázatot adhat arra is, honnan származnak a galaktikus térben szabadon lebegő, csillaghoz nem kötődő kóbor bolygók, amelyek később kiszabadulhattak a fekete lyuk kaotikus vonzásából.
A folyamat ráadásul nem áll meg a bolygóknál. Egyes exobolygók olyan elképesztő ütemben képesek magukba szívni a környező gázanyagot, hogy tömegük elérheti azt a kritikus szintet, amely beindítja a magfúziót, így közvetlenül új csillagokká fejlődhetnek. Ezzel párhuzamosan olyan egzotikus, kizárólag sűrű porból álló masszív objektumok is létrejöhetnek, amelyekhez foghatót még sosem tapasztaltak a csillagászok.
Kvantitatív adatok a galaxismagok bolygógyárairól
Az alábbi táblázat összefoglalja a szimulációk során kapott sarokszámokat és az aktív galaxismagok környezetében keletkező exobolygók főbb elméleti jellemzőit a hagyományos rendszerekkel összevetve.
| Jellemző paraméter | Aktív galaxismagok környezete (AGN) | Hagyományos csillag körüli korong |
|---|---|---|
| Potenciálisan létrejövő exobolygók száma | Több millió / több tízmillió objektum korongonként | Néhány darab vagy maximum egy tucat bolygó |
| Tipikus formálódási távolság a központtól | Néhány tíz parszek (kb. 30–100 fényév) | Néhány csillagászati egység (SZE) |
| Uralkodó bolygótömegek | Föld-tömegűtől a Jupiter-tömeg többszöröséig | Merkúr-mérettől a gázóriásokig |
| Domináns fizikai folyamat | Áramlási instabilitás (streaming instability) porfilamentumokban | Lassú magakkréció és porszemcse-tapadás |
| Égitestek kezdeti fizikai állapota | Extrém forró, izzó lávagolyók vagy sűrű porcsomók | Gáz- és kőzetbolygók stabil légkörrel |
Hazai hozzájárulások a távoli rendszerek modellezéséhez
Bár a konkrét számítógépes modellt tengerentúli egyetemek munkatársai dolgozták ki, a magyar csillagászati és asztrofizikai kutatóhálózat tagjai világszinten elismert munkát végeznek az exobolygók hidrodinamikai szimulációi és a porcsomósodási folyamatok elméleti hátterének kidolgozása terén. A hazai kutatóintézetek numerikus korongmodellezési eredményei és a streaming instability elméletéhez kapcsolódó korábbi publikációi fontos hivatkozási alapként szolgálnak az ilyen globális léptékű, galaktikus környezetet vizsgáló modellek finomhangolásához.
Az asztrofizika előtt álló új távlatok
A kutatók következő célja a modell továbbfejlesztése, hogy pontosabb képet kapjanak ezeknek a poróriásoknak a végső sorsáról. Mivel a szupermasszív fekete lyukak intenzív sugárzása és a galaktikus szelek képesek teljesen megfosztani a formálódó exobolygók atmoszféráját, a habitabilitás (lakhatóság) esélyei elenyészőek ebben a zónában. Ugyanakkor a csillagászati műszerek, köztük a következő generációs űrteleszkópok infravörös és szubmilliméteres mérései a jövőben képesek lehetnek közvetett bizonyítékokat találni az aktív galaxismagok porgyűrűiben rejtőző gigantikus bolygópopulációk létezésére.
