Univerzum: soha nem kerültek még ennyire közel egy fekete lyuk eseményhorizontjához

Sikerült bizonyítékot találni arra, hogy egy masszív fekete lyuk ütközése során felszabaduló gravitációs hullámok az újonnan keletkező fekete lyuk széléről, az úgynevezett eseményhorizont határáról származó jeleket hordoznak. Ha a további megfigyelések is alátámasztják ezt a felfedezést, ez teljesen új módszert jelenthet ahhoz, hogy megtudhassuk, mi történik az univerzum legkülönlegesebb objektumai, a fekete lyukak közvetlen közelében méghozzá úgy, hogy közvetlenül megfigyelhetnénk őket.

Felfoghatatlan az emberi ész számára, ami a fekete lyukak eseményhorizontján túl zajlik. Fotó: Medium

 Sizheng Ma, a tanulmány társszerzője, a kanadai Perimeter Elméleti Fizikai Intézet posztdoktori kutatója szerint az újonnan azonosított jel ritka betekintést nyújt abba az eseménybe, ami közvetlenül két fekete lyuk ütközése után történik.

A fekete lyuk eseményhorizontja mögül nem szabadul ki semmilyen információ   Fotó: ESA

 „Amikor két fekete lyuk egyesül, hevesen megrázza a téridőt. Egy rövid pillanatra az újonnan kialakult fekete lyuk eseményhorizontjához nagyon közeli régiót egy gyors, halványuló örvény sodorja magával” – mondja a tanulmány társszerzője, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. 

Az úgynevezett közvetlen hullám, ami a gravitációs hullámjelnek az eseményhorizont szoros közelében keletkező része, e megfigyelhetetlen környék lenyomatát hordozza. 

„Ezért olyan érdekes” – mondja Sizheng Ma. „Lehetővé teszi számunkra, hogy »meghallgassuk«, mi történik az eseményhorizont közelében, azaz egy olyan területen, amelyet optikai tartományban soha sem láthatunk” – fűzi hozzá a tanulmányt társszerzőként jegyző elméleti fizikus.

Amit találtunk, az nagyon meglepő volt

A tudóscsoport a GW250114 jelű fekete lyuk-összeolvadásra összpontosított, amelyet 2025. január 14-én észleltek a washington Hanfordban és a louisianai Livingstonban található két Lézerinterferométeres Gravitációs Hullám Obszervatórium (LIGO) detektorai.

 „A korábbi elméleti munkánk azt jósolta, hogy a fekete lyukak összeolvadása közvetlen hullámú jelet fog produkálni az eseményhorizonthoz közeli régióból” – magyarázza Sizheng Ma. 

Gravitációs hullámok keletkeznek két fekete lyuk összeolvadása során is  Fotó: NASA/Caltech/R. Hurt (IPAC)

„A nagy kérdés az volt, hogy ez a hatás valóban látható-e a valós adatokban” -fűzi hozzá a kutató. 

A GW250114 pontosan olyan feltételeket biztosított, amelyek az előrejelzés teszteléséhez voltak szükségesek

„Elég erős, elég tiszta és elég közel volt ahhoz az elméleti helyzethez, ahol ennek a jelnek láthatónak kellene lennie” – mondja a tanulmány társszerzője.  A nehezen megfogható jellegzetesség felkutatásához a kutatók először eltávolították a gravitációs hullámjel legjobban megértett részét, azt, amely az újonnan kialakult fekete lyuk egyesüléséből származik. 

A fekete lyuk a téridő különleges tartománya  Fotó:  MARK A. GARLICK / SHEFFIELD UNIVERSITY

Ezután megvizsgálták az így fennmaradó adatokat, hogy megállapítsák, ezek a jelek vajon csak detektorzajból állnak-e, vagy más valós fizikai információt is tartalmaznak. 

Amit találtunk, az nagyon meglepő volt” 

– mondja a Perimeter Elméleti Fizikai Intézet szaktudósa. „A megmaradt jel a várt ritmust és halványulási mintázatot követte, ami egy hullámot formált, az utolsó fekete lyuk horizontjához nagyon közeli régióban” – fűzi hozzá az elméleti fizikus. A csapat ezért arra a következtetésre jutott, hogy a megmaradt jel megfelel a korábbi elméleti tanulmányok által előre jelzett közvetlen hullám viselkedésének.

Ígéretes eszköz lehet a kvantumgravitáció és a fekete lyuk információs paradoxonjának megoldásához is

A kutatók fontosnak tartják hangsúlyozni, hogy az eredményeik nem teszik lehetővé a fekete lyuk belsejének vizsgálatát, viszont egy új megfigyelési eszközt biztosítanak az eseményhorizonthoz közeli régió tanulmányozásához.

 „Úgy tűnik, hogy a gravitációs hullámadatok információkat hordoznak az újonnan kialakult fekete lyuk eseményhorizontjához nagyon közeli területről, a híres visszafordíthatatlan pont területéről” – emeli ki a tanulmány egyik jegyzőjeként a kutatásban részt vett elméleti fizikus. 

Egy egyenletesen gyorsuló részecske (P) téridő diagramja. Az E esemény kívül esik a részecske eseményhorizontján, mert E fénykúpja nem találkozik a P részecske világvonalával    Fotó: Christopher Thomas, / Wikimedia Commons

A mérések összhangban vannak azzal, hogy az eseményhorizont közelében a téridőt gyorsan magával húzza a forgó fekete lyuk, miközben a jel az intenzív gravitációs mező miatt elhalványul. „Számunkra az az izgalmas üzenet, hogy a gravitációs hullámok új módszert kínálhatnak a fekete lyuk peremének tanulmányozására valós megfigyelési adatok felhasználásával” – hangsúlyozza Sizheng Ma. 

A tudósok úgy vélik, hogy a módszer igen hasznos eszköz lehet olyan elméletek tesztelésére is, mint a kvantumgravitáció – az az elmélet, ami Einstein gravitációelméletét kívánja a kvantummechanikával egyesíteni – , vagy a fekete lyuk információs paradoxonja, az a sokat vitatott és mindeddig megfejtetlen rejtvény, hogy a fekete lyukba eső információ valóban örökre elveszik-e. 

Megválaszolatlan az információvesztés paradoxonja is  Fotó: Wikimedia Commons

Ezeket a fizikát forradalmasítható kérdéseket azonban egyelőre még nem tudják közvetlenül tesztelni. 

„Ha a kvantumhatások, vagy a standard fekete lyuk képtől való bármilyen eltérés mérhető lenyomatot hagy az eseményhorizont vidékén, akkor a közvetlen hullámok elvileg segíthetnek nekünk megválaszolni e kérdéseket a jövőben” – mondja a tanulmány társzerzője.

További megfigyelések igazolhatják a felfedezés nagy jelentőségét

A kutatók azonban egyelőre még óvatosságra intenek, mivel a felfedezés egyetlen gravitációs hullám eseményen alapul. Bár a GW250114 gravitációs hullám kivételesen kedvező feltételeket teremtett a teszt elvégzésére, de sokkal erősebb bizonyítékokra csak akkor lehet számítani, ha hasonló jeleket azonosítanak más nagyobb számú fekete lyuk egyesülésnél is. 

A James Webb űrtávcső felvétele egy szupermasszív fekete lyuk környezetéről  Fotó: NASA/ESA/CSA

Noha a jelenlegi modellek lefedik a jelenség fizika lényegét, de továbbra is leegyszerűsítettek, ezért a fekete lyukak egyesülésének realisztikusabb leírására lesz szükség. 

Ahogy a gravitációs hullám-megfigyelő állomások folyamatosan fejlődnek és egyre több összeolvadást észlelnek, a kutatók azt remélik, hogy a közeli jövőben kideríthetővé válik, vajon a közvetlen hullámok a fekete lyukak ütközéseinek univerzális jellemzői-e.

Új lehetőségekete kínál a felfedezésa fekete lyukak tanulmányozásához  Fotó: NASA/D. Berry

 „Ha a minta ismételten megjelenik az általános relativitáselmélet által jósolt módon, akkor a közvetlen hullámok új módszert jelenthetnek a fekete lyukak eseményhorizontjainak, vagy a hozzájuk nagyon közeli régiók tanulmányozására, valamint Einstein elméletének tesztelésére az univerzum egyik legszélsőségesebb környezetében” – hangsúlyozza Sizheng Ma.

Az általános relativitáselmélet szerint a gravitációs tér változásai nem hatnak azonnal mint a newtoni égi mechanikában, hanem a turbulencia fénysebességgel terjed. Az einsteini elmélet alapján ezért minden gyorsuló tömegből álló rendszer, mint például a kettőscsillagok rendszerei, gravitációs hullámokat keltenek.

Ha a jövőbeli megfigyelések megerősítik a kutatócsoport eredményeit, a tudósok talán elnyerték azt, amit évtizedek óta keresnek: egy közvetlen megfigyelési ablakot a fekete lyuk alig ismert és rejtélyes peremvidékére.

A Nature tudományos folyóiratban 2026. június 24-én megjelent tanulmány teljes terjedelemben angol nyelven itt olvasható el.

Az új kutatás során a tudósok:

• a GW250114 jelű és még tavaly detektált gravitációs hullámot vizsgálták,
• és az elemzésük során egy olyan finom jelre bukkantak, amit az elmélet már korábban megjósolt,
• és amelyről bebizonyosodott, hogy egy olyan úgynevezett közvetlen jel,
• ami az összeolvadó fekete lyuk eseményhorizontjának közvetlen közelében keletkezett,
• és ezáltal információkat tartalmaz egy olyan kozmikus régióról, amit nem lehet hagyományos módon megfigyelni.