Első alkalommal sikerült egy extragalaktikus, nagyon nagy tömegű fekete lyuk (ang. supermassive black hole) legközelebbi környezetéről képet alkotni. Az áttörésnek számító eredményt az Event Horizon Telescope nevű rádiócsillagászati műszeregyüttessel érték el. Még soha nem “láttunk” fekete lyukat ilyen részletes felbontásban, és ennyire közel az eseményhorizontjához. A fekete lyukak kiemelkednek a sötétségből.
Nagy várakozás előzte meg az Eseményhorizont Távcsővel (Event Horizon Telescope) készült első felvételek és a vele kapott első eredmények közzétételét. Mi is írtunk már 2018-ban arról, hogy mire számíthatunk. A legelső képeket és eredményeket 2019. április 10-én tették közzé, mi ezeket a www.space.com alapján szemlézzük.
Fekete lyukak definíció szerint a térnek olyan tartományai, amelyből bentről kifelé semmi sugárzás vagy anyag nem távozhat el az objektum nagy gravitációja miatt. Arra gondolhatnánk, hogy ezért semmi, még a fény sem hagyhatja el a felszínüket, ezért nem lehet őket látni. De például a környezetükre kifejtett gravitációs hatásuk révén, vagy az általuk széttépett csillagok anyagának áramlása és sugárzása révén fel lehet őket fedezni. A Hawking-sugárzás pedig mégiscsak lehetővé teszi, hogy valami elhagyja a fekete lyukat. Leegyszerűsítve: ha egy fekete lyuk felszínén egy tömeg nélküli részecske éppen fénysebességgel kering (pl. egy foton), és energiája elég nagy (vagyis pl. a foton hullámhossza nagyon kicsi, frekvenciája nagy), akkor széteshet két részecskére, pl. egy elektronra és pozitronra. Ekkor az elektromos töltés megmarad. A párkeltés során a haladó irányba mutató lendület is megmarad, de keletkezhet egy erre merőleges komponens is mindkét részecskéhez. Ekkor pl. a pozitron befelé megy, az elektron kifelé, így ez a lendületkomponens is megmarad. Tehát valami nagy ritkán – pontosabban annak a valaminek egy része, példánkban a fele tömeg – elhagyhatja a fekete lyukat. Így akár egy fekete lyuk “világíthat” is. Értelmes dolog lehet ezért egy fekete lyuk “magnitúdójáról” beszélni. A Hawking-sugárzás azonban a legtöbb csillagászati fekete lyuk esetén rendkívül – végtelenül – gyenge, műszereinkkel nem érzékelhető, mert bőven a műszerek érzékenysége alatt marad. A fekete lyukakhoz legeslegközelebbi térből azonban jöhet fény és sugárzás, pl. a behulló anyag itt még – elvileg – észlelhető. (A Hawking-sugárzás léte nem mond ellent a fekete lyuk definiciójának, hiszen az nem a fekete lyuk belsejéből jön, ahonnét semmi nem jöhet ki, hanem a felszínéről, ami ugye nem belül van, hanem határfelület.)
Az Eseményhorizont Távcsőrendszer az M87-beli és a mi Tejútrendszerünkben lévő, Sagittarius A*-nak (Sgr A*) nevezett fekete lyukakat, illetve közvetlen környezetüket szeretnék megvizsgálni. Az M87-belire vonatkozó eredményeket 2019. április 10-én tették közzé sajtókonferencia keretében. A képek a fekete lyukak vizsgálatának egy fontos, új lépése, egy új vizsgálati lehetőség: egy egészen ismeretlen világ nyílik ki számunkra. Az eddig csak elméletek és spekulációk szintjén lévő elképzelések most észlelésekkel megerősítést nyerhetnek – vagy megcáfolhatják őket.
Az Eseményhorizont Távcsőben (EHT) több, mint 200 kutató dolgozik együtt. Némelyikük már két évtizede tagja a teljes glóbuszra kiterjedő együttműködésnek. A cél néhány közeli, nagyon nagy tömegű, galaxisok központjában található központi fekete lyuk sziluettjét és közvetlen környezetét rádióhullámhosszakon feltérképezni, és képet alkotni róla. Bár ez rádiócsillagászati kép, sok helyen fotónak nevezik (noha a fotó szót csak látható fénybeli képekre szokták sokszor használni). Az első észlelések ezzel a távcsőrendszerrel 2017 áprilisában történtek, az első adatfeldolgozási lépések 800 magos számítógépklaszteron 2017 decemberében estek meg, az első eredmények pedig 2019-ben kerültek közlésre.
Az első célpont az M87 (Messier 87) extragalaxisban lévő, 6,5 milliárd naptömegű behemót fekete lyuk volt. A másik célpont az Sgr A*, ami csak 4,3 millió naptömegű. Most csak az M87-ről szóló eredményeket és képet közölték. Az M87-beli központi fekete lyuk tőlünk mért távolsága 53,5 millió fényév, az Sgr A* csak 26 ezer fényévre található. Az Sgr A* látszó mérete olyan pici tőlünk nézve, “mintha egy narancsot néznénk a Holdon” mondta egy csillagász a space.com-nak.
Minden éjszaka kb. 1 petabájtnyi észlelési adat keletkezett, így az adatfeldolgozás egy évnél is hosszabb ideig tartott egy nagyméretű szuperszámítógépen. Például ekkora adatmennyiséget nem is lehetett az interneten átküldeni a rádiótávcsövektől az adatfeldolgozási helyre, különböző adathordozókon kellett fizikailag szállítani. Vagyis adathordózóra rámásolták, és azt a posta vitte. A hagyományos postaszolgáltatás még mindig gyorsabb ekkora adatmennyiség esetén, mint az internet a jelenleg elérhető legnagyobb sávszélességgel! A Déli Sarkon lévő távcsőrésztvevőtől például nem is lehetett addig elhozni az adatokat, amíg elég meleg nem lett a sarkvidéken.
Igazán izgalmas, hogy az M87-re az elméleti fizika, az általános relativitáselmélet nyomán számolt kép igen jó összhangban van a most elvégzett mérésekkel, így egyben az általános relativitáselmélet további bizonyítékának tekinthető. A szimulált fekete lyuk-körvonal (sziluett) és az anyagbefogási korong (akkréciós diszk) rádióhullámhosszak-beli kinézete összhangban van a mérttel. Ez ugyan megnyugtatónak hangzik, de ilyen erős gravitációs térben soha nem ellenőrizték korábban ilyen pontossággal az általános relativitáselméletet! Márpedig erős gravitációs térre konkurens elméletek is akadtak (vagy akadnak). Ahogy a kutatók egyike mondta: “A mérés párbeszéd a természettel”.
Az M87 fekete lyukának EHT-képén az látszik, hogy a környezetből a fekete lyukba hulló gáz hogyan spirálozódik befelé. Ez az anyagbefogási (akkréciós) folyamat részleteiben nagyon kevéssé ismert, közelről soha nem láttuk. Pedig a fekete lyuk gravitációja által felgyorsított gázrészecskéket a lyuk mágneses tere fókuszálja, és ez hozza létre a megfigyelhető, a fekete lyuk környezetéből kilövellő nyalábokat (jeteket). A nyalábokban közel fénysebességgel mozog az anyag.
A képek analízisével a fekete lyuk forgását is lehet majd tanulmányozni, esetleg a forgásidőt megállapítani. Ezek természetesen közvetett mérések lesznek: a behulló anyag mozgására hathat a fekete lyukkal együtt forgó mágneses tere. Az is izgalmas kérdés, hogy egy központi, nagyon nagy tömegű fekete lyuk hogyan alakítja a galaxis fejlődését és viszont, illetve milyen hatással van erős gamma-, röntgen- és ultraibolya sugárzása a galaxisbeli életre. Ez különösen fontos akkor, amikor a fekete lyukba nagyobb mennyiségű anyag hullik be. Pl. ha egy csillag helyett egy egész nyílthalmazt nyel el, vagy egy másik, közelben elhaladó galaxis árapályereje csillagkeletkezési hullámot indít be. Ilyenkor nemcsak sok szupernóva lesz, de a fekete lyukba is több anyag hullik be, megnövelve az akkréciós korong tömegét és méretét a fekete lyuk körül. Ez erős sugárzási folyamatokat indít be. Jelenleg az Sgr A* inaktív a mi Galaxisunkban.
Későbbiekben az EHT eredményeit majd gravitációs hullámdetektorokéval lehet kombinálni, így még többet megtudva ezekről a rejtélyes, a galaxisfejlődésben és a galaktikus lakhatóságban fontos szerepet játszó objektumokról.
Egészen biztos, hogy az EHT eredményei a jövőben is izgalmasak lesznek. A mostani képek további analízise a következő hónapokban még újabb eredményeket ad majd. Érdemes követni az ismeretterjesztő oldalakat a legújabb fejleményekért.
Videós magyarázat a képről (angolul).
