Laikusként a fekete lyukakat félelmetes, nagy, távoli objektumoknak képzeljük el, amelyek iszonyatos tömegük miatt mindent elnyelnek, még a fény sem szökhet belőlük – innen a fekete lyuk elnevezés. Minél távolabb vagyunk tőlük, annál jobb. Fizikusok viszont egyre nagyobb figyelmet fordítanak e képződményekre, vizsgálatukkal többek között a galaxisok képződésének, működésének, illetve a nemrég felfedezett gravitációs hullámoknak a titkait remélik megfejteni.
Egy magyar kutatás jelentős újdonságot hozott a témában, amit mi sem mutat jobban, mint hogy Szölgyén Ákos, az ELTE PhD-hallgatója és témavezetője, Kocsis Bence tanulmánya az egyik legrangosabb fizikai szaklap, a Physical Review Letters címlapján jelent meg. Mindkét tudós az egyetem Atomfizikai Tanszékén működő GALNUC ERC kutatócsoport munkatársa.
Millió Nap egy pontba sűrítve
Ahhoz, hogy megértsük miről is van szó, érdemes először is a fogalmakat tisztázni. Nagyon leegyszerűsítve ebben a kontextusban a fekete lyuk egy nagy tömegű csillag halálával keletkező objektum: amikor a csillag felemészti saját anyagát, egyetlen ponttá omlik össze saját gravitációja hatására, miközben tömegét „megtartja”. Józan ésszel felfoghatatlan, hogy a mi Napunkénál néhányszor vagy akár pár százszor nagyobb tömeg kisebb területre zsúfolódik, mint az írásjel ennek a mondatnak a végén.
De nemcsak a laikusnak kell ezt emésztgetnie, a fizikus szerint is az elmélet és a gyakorlat határán egyensúlyozunk:
Az erre vonatkozó számítások eredményeként kijön, hogy egy absztrakt matematikai pontról van szó, és csillagászati megfigyelések is azt igazolják, a fekete lyukak valóban ilyen, elképzelhetetlenül sűrű pontok az univerzumban
– magyarázza a 24.hu-nak Szölgyén Ákos.
Más kategóriát képviselnek az úgynevezett szupernehéz fekete lyukak. Ezek származását még nem értjük pontosan, nem tudjuk hogyan és miből jöttek létre, de nevük nem véletlen: tömegük több milliószor meghaladhatja Napunk tömegét.
Egy nagy korongba rendeződnek
És itt térhetünk rá a magyar kutatók munkájára. Közismertnek azért nem mernénk nevezni, de szakemberek előtt régóta ismert tény, miszerint a legtöbb galaxis közepén található egy szupernehéz fekete lyuk. Ezek roppant gravitációjának hatására csillagok milliói és naptömegű fekete lyukak ezrei gyülemlenek össze egy sűrű, mindössze néhány fényév sugarú gömbbe.
Az asztrofizikusok a galaxismagban keringő csillagok pályáinak kölcsönhatásait szimulálták, és megcáfolták azt a korábbi álláspontot, amely szerint a kisebb és nagyobb tömegű objektumok egyaránt tetszőleges irányban keringhetnek a központi nagy fekete lyuk körül. Most viszont kiderült:
A nehezebb csillagok és a fekete lyukak egyetlen korongba rendeződve keringenek a szupernehéz fekete lyuk körül. A közepes tömegű, B-típusú csillagok szintén mutatnak némi korongszerű elrendezést, míg a kisebbek – amilyen a mi Napunk is – leginkább gömbszimmetrikusan fordulnak elő a galaxismagban
– mondja a fizikus.
A kapott eredmények egyeznek a Tejútrendszer közepének csillagászati megfigyelésével, miszerint a kis tömegű csillagok gömbszerűen oszlanak el, míg a nagy tömegű fiatal csillagok egy hajlott korongba rendeződve keringenek a szupernehéz fekete lyuk körül.
Mindezt úgy sikerült kimutatni, hogy egy fontos, de eddig nem vizsgált effektust, az úgynevezett vektor rezonáns relaxációt is számításba vették a galaxismag numerikus szimulációjában. Nem kell megijedni, a fogalom szemléletes jelentése könnyen megérthető. Arról van szó, hogy a gravitáció hatására a fekete lyukak és a csillagok pályája elhajlik. Idővel pedig a nehezebb objektumok összerendeződnek és egy korongot alakítanak ki: valójában rendszert teremt az összevisszaságban.
Megérthetjük a gravitációs hullámokat
A felfedezésnek nagy jelentősége lehet a galaxismagok dinamikájának és a galaxisfejlődésnek a megértésében, és fontos lehet a gravitációshullám-források eredetének értelmezésében.
Ha több száz vagy ezer fekete lyuk korongba rendeződik a központi szupernehéz fekete lyuk körül, akkor ezek együttesen erősen meghajlíthatják és kilyukaszthatják a gázfelhőket, amiből megfigyeljük a nagyenergiás kiáramlásokat. Ez több ezer fényévre is képes megváltoztatni a galaxis nagyskálás szerkezetét – idézi az ELTE közleménye Kocsis Bencét, a kutatócsoport vezetőjét.
A gravitációs hullámokat csak nemrég, 2015-ben fedezték fel, és azóta viszonylag sokat érzékeltünk, és itt vissza kell utalnunk cikkünk elejére. A fekete lyukak ugye nagy tömegű csillagok halálával jönnek létre. A világegyetemben a legtöbb csillag két tagból álló, egymás körül keringő úgynevezett kettős csillag. Ha ezek kihunynak, immár feketelyuk-kettősök folytatják táncukat egészen addig, míg össze nem ütköznek. Ez az ütközés indítja a gravitációs hullámokat.
Ha az általunk megalkotott modell helyes, akkor a korongokba tömörült, sűrűn elhelyezkedő fekete lyukak sokkal többször ütközhetnek, mintha csak véletlenszerűen lennének szétszórva a galaxisosk széltében-hosszában
– emeli ki Szölgyén Ákos.
A világvége
Asztrofizikussal beszélgetve nem maradhat el a kissé naiv okfejtés, miszerint a fekete lyukak egyre nagyobb tömegűre hízva egy idő után logikusan mindent elnyelnek, csak idő kérdése, hogy a Naprendszer, benne a mi egyetlen bolygónkkal belezuhanjon egy ilyen végtelen pontba.
A szakember szerint ez nem lehet végkövetkeztetés, de nem is teljesen ördögtől való. Rövid távon, ami a csillagászok időskáláján pár milliárd évet jelent, a galaxis közepére süllyedt fekete lyukak valószínűleg összeolvadnak. De nem zuhan össze minden, a távolabb keringő objektumok esetén a gravitáció akár kilökheti őket a galaxisból, ezt nevezzük parittyahatásnak.
Földünk ezt már nem fogja megélni, őt pár milliárd év múlva felfalja a vörös óriássá változott Nap, ez jelenti majd a „mi világunk” végét. Többszáz milliárd évvel később a galaxisban a nehezebb objektumok– mint a fekete lyukak – besüllyednek a galaxis közepére, bekebelezi őket a szupernehéz fekete lyuk. A könnyebb csillagok, mint a mi Napunk (amiből akkor már egy fehér törpe csillag lesz) kilökődnek a végtelenbe.
Még több idő után, ami esetünkben sok-sok százmilliárd évet jelent, a „világ végén” teljes lesz a sötétség. Nem lesznek csillagok, bolygók, gáz- és porfelhők, az univerzumot számunkra felfoghatatlan pontszerű, de elképesztő tömegű fekete lyukak alkotják majd.
Illusztráció: VICTOR DE SCHWANBERG / SCIENCE PHO / VSC / SCIENCE PHOTO LIBRARY
