Árulkodó fekete lyuk a Tulipán-köd árnyékában

A Tulipán-köd

A kép leglátványosabb része, a bal oldali részt domináló tulipánra emlékeztető forma a Sharpless 101 (Sh2-101) katalógusszámot viseli. Ez egy fényes emissziós ködkomplexum, melyhez hasonlóakat már láthattunk. A túlnyomó részt hidrogén gázból álló ködöt többek között az O típusú szuperóriás csillag, a HDE 227018 gerjeszti fénylésre, melyet a kozmikus tulipán közepén látható kis türkiz ívdarab ölel közre. A kép legfőbb érdekessége azonban nem a Tulipán-köd.

A Cygnus X-1

A kép jobb felében látható türkiz ív, az a lényeg. Ez az ionizált gázból álló ív egy lökéshullámfront, melynek a legjobb ismereteink szerint a Cygnus X-1, egy fekete lyuk a forrása.  Míg a fekete lyukakról tudjuk, hogy nem láthatjuk őket, a környezetükre gyakorolt hatásuk révén - indirekt módon - azért csak meg lehet őket figyelni, még a látható fényben is. De hogy pontosan mi is zajlik a dolgok mögött, az a következő bekezdésben derül ki.

A fekete lyuk nyomában

A Cygnus X-1 valójában egy nagyon erős röntgenforrás, melyet az első égi röntgensugárzást mérő rakétákkal fedeztek fel még az űrkorszak kezdetének elején. (A röntgensugarak kimutatása csak a műholdakról lehetséges, hiszen a földi légkör ezeket a nagyenergiájú fotonokat jótékonyan blokkolja. Természetbeni keletkezésük közel fénysebességre felgyorsult elektronok és egy anyagi közeg kölcsönhatása, ütközése során jön létre. )
A felfedezett, röntgentartományban sugárzó égi források közül ez a Hattyú csillagkép irányában látszó volt az egyik legfényesebb, melyet később Cygnus X-1-re kereszteltek. A '70-es évek elején már a pontosabb megfigyelések alkalmával addig ismeretlen dolgot, rendkívül gyors fényességingadozást is észleltek a röntgen fényben, amely arra engedte a csillagászokat következtetni, hogy egy nagyon kis méretű objektumból kell érkeznie a sugárzásnak. A röntgenforrás irányában viszont egy nagytömegű kék óriáscsillag, a HDE 226868 látszott, amely méreténél fogva nem lehetett a röntgensugárzás okozója. Spektroszkópiai mérésekkel a csillag térbeli ingadozását is kimutatták, amely arra következtetett, hogy az 5,6 napos periódussal egy nagyon kompakt és ehhez képest nagyon nagy tömegű égitest körül kering, mely azonban nem látható. A rendszer távolságát sokáig nem tudták pontosan megmérni, így a rendszer tömegét sem sikerült pontosítani. Ez azért fontos, mert nem volt mindegy, hogy neutroncsillag, vagy annál még nagyobb sűrűségű fekete lyuk lehet-e ez az égitest. A fekete lyukakat ugyanis ekkor még csak elméletben ismerték (Hawking). 2011-re sikerült a rendszer parallaxisát megmérni, melyből a távolság- és tömegadatokat tudták pontosítani. Az égitest távolsága 6070 fényévnek, tömege 14,8 naptömegnek, átmérője pedig körülbelül 50 km-nek adódott. Így már egyértelművé vált, hogy a kompakt égitest egy fekete lyuk. Sűrűsége olyan nagy, hogy a "felszínén" a szökési sebesség eléri a fénysebességet is, így a belsejéből a fény sem juthat már ki.

A fényes türkiz ív kialakulása

Ez a fekete lyuk tehát a nagy tömegének, óriási tömegvonzásának és társcsillagához való közeli elhelyezkedésének köszönhetően az óriáscsillag anyagát folyamatosan szipkázza. Az átáramló anyag spirális pályán, akkréciós korongot létrehozva, jelentősen felgyorsulva éri el a kompakt, sötét égitestet. Az akkréciós korongban az anyag a gyorsulás közbeni súrlódás hatására rendkívül, több millió fokra felhevül, plazma állapotú lesz. A behullás során az anyag elveszíti gravitációs potenciális energiáját, melyet igen erős röntgensugárzás kísér. A felszabaduló energia másik részét relativisztikus anyagsugarak, ún. jet-ek szállítják el az akkréciós korongra merőleges irányban. (Ezek a jet-ek a leggyorsabb mozgású jelenségek közé tartoznak, közel fénysebességgel hagyják el az akkréciós korongot.) Az így kiáramló anyag a csillagközi térben sűrű anyagfelhővel ütközve azt ionizálja és ezáltal már a látható tartományban is megfigyelhető lökéshullámfrontot hoz létre. Ez a képen látható türkiz színű ív.