Gyufát keresni a Holdon

Tudományos szenzációt jelentett az első fekete lyukról — a Szűz csillagképben lévő Messier 87-es óriásgalaxis közepén található képződményről — készült felvétel múlt heti bemutatása. Ez a fekete lyuk 55 millió fényévnyire van a Földtől, a tömege 6,5 milliárdszor nagyobb a Napunkénál.

Az elsőként felfedezett fekete lyuk fotója Forrás: NASA

Az általános relativitáselméletet megfogalmazó Albert Einstein öntötte konkrét formába azt a korábbi elképzelést, hogy az univerzumban létezhetnek olyan régiók, ahonnan nem szabadul ki a fény. A fekete lyukakról ma azt tartjuk, hogy nagyon kis térségben tömörülő, hihetetlenül nagy tömeget tartalmazó, rendkívül sűrű kozmikus objektumok. Jelenlétük szélsőséges módon befolyásolja a környezetüket azáltal, hogy görbítik a téridőt és extrém módon felforrósítják a beléjük hulló anyagokat. Csakhogy ezt a tartományt nem láthatjuk, mert körülveszi az eseményhorizontnak nevezett térrész.

– Ezen a fekete lyuk közvetlen környezetét kell érteni. Ami ezen belül van, onnan nem szabadul ki a fény, az azon kívüli térből igen. Az eseményhorizontba belépő anyag és sugárzás képtelen kilépni onnan, ezért nem tudjuk, hogy mi történik a határon túl – magyarázza Kocsis Bence, az ELTE Fizikai Intézet adjunktusa.

Az év tudományos eredményeként is emlegetett felvétel elkészítéséhez több száz tudós összehangolt munkájára volt szükség. Ennek részeként továbbfejlesztettek és világszintű hálózatba kapcsoltak nyolc, a Föld különböző pontjain felszerelt teleszkópot. Ezeket a távcsöveket magasan fekvő területeken helyezték el, például a spanyolországi Sierra Nevadában, hawaii és mexikói vulkánokon, az arizonai hegységben, a chilei Atacama-sivatagban és az Antarktiszon. Európa, Amerika és Kelet-Ázsia kutatói vettek részt ebben a kísérletben. Rendkívül bonyolult műveletről van szó, mert a Földről nézve a legnagyobb fekete lyuk is annyira apró az égen, mint egy gyufásdoboz a Holdon.

– Hihetetlen nagy technikai bravúr a felvétel létrehozása, amelyhez Föld méretű távcsőre volt szükség. A bolygó különböző pontjaira telepített rádióteleszkópok jeleiből állították össze az interferenciaképet. Várhatóan egyre pontosabbak lesznek a mérések – mondja Kocsis Bence.

Minden ezredik csillagból ez lesz
Fotó: NASA

Két évvel ezelőtt, 2017 áprilisában a világsajtó tényként kezelte, hogy ugyanez a teleszkóphálózat lefényképezte a Tejútrendszer közepén található Sagittarius A* (Sagittarius A csillag) nevű fekete lyukat. A Nap tömegénél nagyjából négymilliószor nehezebb objektum a felelős a galaxis közepén tízmillió csillag forgásáért, látni azonban még senki sem látta. Mind ez idáig még nem sikerült a 20 millió kilométer széles eseményhorizont mögé pillantani. Ami nehezen érthető, hiszen a Sagittarius A* mindössze 25 ezer fényévre van tőlünk. Miért nem sikerült az a felvétel?

Kocsis Bence szerint a galaxisunk központi fekete lyuka kétezerszer közelebb van, mint a sikeresen lefotózott másik, azonban 1500-szor kisebb a mérete. Hiába van viszonylag közel a Sagittarius A*, ha hasonlóan kicsi a műszerek számára, mint a Messier 87-es közepén látható fekete lyuk. Az igazi baj az, hogy a körülötte áramló gáz keringési ideje kicsi, emiatt túlzottan változékony a környezete. Egy jó interferenciaképhez hosszú expozíciós idő kell, ami itt nem adott. Erről is lesz felvétel, de ehhez tovább kell fejleszteni a távcsőhálózat érzékenységét.

A fekete lyuk a csillagfejlődés utolsó szakaszának, a csillagok összeomlásának terméke, de csak akkor, ha legalább 25 naptömegű csillagról van szó. A nagyon nehéz csillagok azonban ritkák. Az univerzum csillagainak zöme fél vagy annál kisebb naptömegű. Kocsis Bence szerint akkor ismerhetnénk meg a legjobban a fekete lyukakat, ha belemennénk, de mivel ez nem lehetséges, más úton kell adatokat szerezni róluk. Azt már tudjuk, hogy a fekete lyukak sűrűsége jóval nagyobb annál az anyagnál, ami az ősrobbanás pillanatában, 13,5 milliárd éve szerteszállt – és azóta is gyorsulva tágul. Érdekes, hogy a Tejútrendszer sötét objektumai közül szinte csak a Sagittarius A*-ról esik szó, miközben a galaxisunkban több tíz millió kisebb fekete lyuk létezhet. Mivel minden ezredik csillag olyan nehéz, hogy előbb-utóbb biztosan fekete lyuk lesz belőle, a galaxisunkban is sok rejtőzik előlünk.

Mi lenne velünk fekete lyukak nélkül? A fizikus szerint a fény akkor is görbe pályán haladna, mert a csillagok és más objektumok gravitációs ereje eltérítené. Ellenben azt gyanítják a kutatók, hogy meghatározó a szerepük a galaxisok fejlődésében – ami meghökkentő állítás, hiszen a fekete lyukak tömege elhanyagolható a galaxisok tömegéhez képest. A Sagittarius A* például négymillió naptömegű, a Tejútrendszer tömege ezermilliárd naptömeg. Igaz, a Sagittarius A* folyamatosan falja környezete anyagát, de attól nem kell tartani, hogy belátható időn belül az egész Tejútrendszert bekebelezi. A fekete lyukak általában tízmillió évenként duplázzák meg tömegüket; a Sagittarius A* a kevésbé hízékony objektumok közé tartozik, mivel viszonylag kevés anyag van körülötte. A Messier 87-et a legfalánkabbak közé sorolják.

Egyes fekete lyukak környékéről hatalmas mennyiségű sugárzás távozik, némelyik fényesebben világít, mint az adott galaxis összes csillaga. Ennek az a titka, hogy sokkal hatékonyabban alakítják az anyagot energiává, mint a csillagok. Az előbbi esetben akár az anyag 42 százalékából lehet fény, míg a mi Napunkban zajló fúzió során az anyag egy ezrelékéből sem lesz. Arra is van adat, hogy a fekete lyukak környezetéből fénysebességgel kiszabaduló csóvák – nem pontosan értik ennek mechanizmusát – megváltoztatják a csillagfejlődés folyamatát, ezzel az egész galaxis fejlődését befolyásolják.