Szörnyetegek állnak lesben a galaxisok közepén, de sikerült lekapni egyet

Ha azt mondjuk, hogy rádióasztronómia, nem biztos, hogy mindenki a csillagászat egyik legizgalmasabb ágára asszociál belőle. A kicsit sem szexi név mögött azonban egy régi, de újabban gyorsan fejlődő tudományos ágazat bújik meg, ami lehetővé tette, hogy elkészítsük az első képet egy fekete lyukról, ezzel pedig igazoljuk azt, hogy Einsteinnek megint csak igaza volt. És kiderült az is, hogy a galaxisok középpontjában bujkáló szörnyetegek mostanában nagyon menők.
Korábban a témában:

Idén áprilisban járta be a világot a hír, hogy elkészült az első kép egy szupermasszív fekete lyukról, ami a Messier 87 nevű galaxis közepén található. Az objektum 55 millió fényévnyire van a Földtől, és hatalmas a tömege: mintegy 6,5 milliárdszorosa a Napénak. A fekete lyukak az univerzum legkisebb, mégis legsűrűbb objektumai, nagyon nehéz őket megfigyelni, pontosan azért, mert kicsik. Közülük csak kettő olyat ismerünk, amelyeket a jelenlegi technológiánkkal meg tudunk vizsgálni, vagyis „le tudunk fényképezni”: a Messier 87-et, és a saját galaxisunk közepén található Sagittarius A*-ot.

Ezt érdemes tudni a szenzációs feketelyuk-képről
2019. április 10-én történelmi eredményről számoltak be a kutatók.

A rádióasztronómia nem tartozik a legnépszerűbb tudományágak közé, legalábbis ami a nagyközönséget illeti, ezért a kutatók meglepődtek, hogy idén tavasszal mekkora érdeklődést váltott ki az emberekből a Messier 87 galaxis közepén lévő objektumról készült kép.

Nem voltunk felkészülve rá

– mondta Shep Doeleman, a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatója, az Eseményhorizont Távcső igazgatója, a képet készítő kutatócsoport vezetője.

Ahogy április 11-én, a sajtótájékoztató utáni reggel elhagytuk a hotelszobáinkat, szembesültünk vele, hogy minden nagyobb sajtóorgánum lehozta a hírt.

Shep Doeleman a Falling Walls konferencián. Fotó: Falling Walls

Doeleman ugyanígy meglepődött akkor is, amikor a berlini Falling Walls konferencián, ahol beszámolt a kutatásáról, szép számban érdeklődtek a téma iránt.

Nem tudtam, hogy a fekete lyukak most ennyire menők

– mondta a 24.hu-nak a kutató. – A fekete lyukat ábrázoló kép, úgy gondolom, leginkább olyan, mint amikor először láttuk a Földet a Holdról. Ez új szemszögből mutatta be nekünk az univerzumot és a bolygónkat, és emiatt sebezhetőnek éreztük magunkat. Most először láttuk, hogy a galaxisok központjában bujkáló szörnyetegek tényleg léteznek.

Icipici fekete lyukak elképzelhetetlenül nagy erőkkel

A fekete lyukakat legtöbben úgy képzelik el, mint a világűr óriási, mindent elnyelő tölcséreit, valójában azonban az univerzum legkisebb objektumai közé tartoznak:

a most megfigyelt fekete lyukról hagyományos fényképet készíteni olyan, mintha a Földről egy narancsot akarnánk lefotózni a Holdon.

Ezt az optikai teleszkópok nem tudják értelmezni, ezért volt szükség a rádióteleszkópokra. Összesen nyolc eszköz vett részt az Eseményhorizont Távcső (EHT) projektjében: mindegyiket a fekete lyuk felé fordították, és atomóra segítségével ugyanakkor készítettek velük méréseket.

Egy normál optikai teleszkóp esetében a fény egy geometriailag tökéletesen kialakított parabolára esne, és az optikai felület összegyűjtené belőle az adatokat. A fénysugarak ugyanabban az időben érkeznének meg a fókuszpontba, ide tennéd a kamerádat, és megszületne a kép a fekete lyukról. Maga a forma rendezi össze megfelelő módon a fénysugarakat

– magyarázta Doeleman. – Az ilyen teleszkópokból ahhoz, hogy egy fekete lyukról fotót tudj készíteni, akkorára lenne szükséged, mint maga a Föld. Éppen ezért fordultunk a rádióteleszkópok felé: a bolygó két szélére helyeztük őket, és ugyanarra az objektumra irányítottuk ugyanabban az időben. Ezután atomóra segítségével pontosan rögzítettük a rádióhullámokat.

Ez az első fotó egy fekete lyukról. Fotó: EyePress News / EyePress

A Föld persze forog, így nehéz megoldani, hogy ugyanaz a két teleszkóp a megfelelő szögben legyen ahhoz, hogy mindig pontos méréseket készíthessen. Éppen ezért az EHT kutatói a mozgással megegyezően mindig újabb és újabb teleszkópokat vontak be a munkába, így megtartva a folyamatos megfigyelést. Ezután szuperszámítógépek segítségével ide-oda csúsztatták a felvételeket időben, hogy megkaphassák a megfelelő adatokat.

Ezzel a módszerrel olyan adatkészletet kapsz, mintha akkora távcsöved lenne, mint maga a bolygó – mondta Doeleman. – Összesen tíz petabájtnyi adatot gyűjtöttünk össze, ami több ezer évnyi mp3-nak felel meg. De képesek voltunk besűríteni, hiszen amint az összes teleszkóp adatait összevetettük, ki tudtuk szűrni az azonos megfigyeléseket. Így már minden ráfért egy adathordozóra.

Doeleman a fotó elkészítéséről mesélt a Falling Walls konferencián. Fotó: Falling Walls

A fekete lyukról korábban is voltak már animációink, így a rendelkezésre álló adatok alapján tudtuk szimulálni, miképp nézhet ki – viszont pontos mérések alapján még soha senki nem készített képet az objektumról. Amit végül a kutatócsoport látott, az igazolta Albert Einstein számításait arról, hogyan görbül a téridő egy fekete lyuk körül. A jelenség eseményhorizontján kívül (vagy, ha a fekete lyuk felé nézzük, inkább belül) eső jelenségeket ugyanis már nem lehet érzékelni, ott már olyan erős a gravitációs vonzás, hogy még a fény se képes kijutni belőle.

Éppen ezért néz ki a fekete lyuk úgy, ahogyan a képről látjuk. Az eseményhorizonton egy fénykorong, az úgynevezett fotonpálya található, ez gyakorlatilag a fekete lyuk körül meghajló fény és anyag útját mutatja.

Az eseményhorizonton túl még akkor sem tud átjutni a fény, ha a lyuk mögül érkezik, az ugyanis tényleg mindent elnyel, ami az útjába kerül

– ezért található a közepén egy koromfekete korong.

Olyan, mintha éjjellátó szemüvegbe néznénk

Az elkészült kép nagyjából megegyezik azzal, amit a korábbi szuperszámítógépes szimulációk mutattak. Ennek ellenére sok kritizálták, hogy ez valójában nem is fotó (hiszen a fent említett okokból nem is lehetne lefotózni egy ilyen apró, messzi objektumot), hanem ugyanúgy szimuláció, mint a korábbi képek és videók, csak ezúttal valódi adatok felhasználásával.

„Úgy gondolom, hogy minden egyes alkalommal, amikor egy eszközzel készítesz képet, még akkor is, ha az csak egy videokamera, vagy akár a saját szemeid, az valahogy mindenképpen feldolgozott

– mondta Doeleman. – Ez olyan, mint az éjjellátó szemüveg, ami az objektumok által kibocsátott hőhullámokat látja. A szemüvegek segítenek, hogy ezek a hullámok az emberi szem számára is felfoghatók legyenek. Ugyanebben az értelemben soha nem láthatjuk a rádióhullámokat sem, mivel túl hosszúak ahhoz, hogy a szemünk érzékelni tudja őket. A rádiótávcsövekkel azonban képesek vagyunk olyan képet generálni, ami visszaadja a rádióhullámok intenzitását.

Az tárul elénk, ahogy a fekete lyuk kinézne, ha képesek lennénk rádióhullámokat látni.

Doeleman szerint, ha az éjjellátó szemüvegnek hiszünk, akkor ennek a fotónak is hinni kell.

A kutató elmondása szerint sokat dolgoztak az első képen, és azért volt hosszú idő, mire nyilvánosságra merték hozni, hogy mit találtak, mert biztosra akartak menni.

Nagyon erős kötődést érzünk azokkal a tudósokkal, akik száz évvel ezelőtt alapjaiban változtatták meg a tudományágat – fogalmazott. – Einstein és Schwarzschild hagyományát visszük tovább, ők voltak azok, akik először elméletben megoldották ezeket az egyenleteket. Ha ezek az emberek tartják szemmel a munkádat, nagyon biztos akarsz lenni az eredményeidben. Duplán, triplán ellenőriztünk mindent, és olyan kreatív feszültséget generáltunk, ami előrevitte a projektet. Ahelyett, hogy egyetlen csapat csinált volna mindent, több csoportra bontottuk az embereket, és mindegyik a képalkotás, adatfeldolgozás más aspektusával foglalkozott. Ahelyett, hogy a csoportok egymással versenyeztek volna, kiegészítették, megerősítették egymást. Ha van három folyamatod, akkor mind a háromnak stimmelnie kell, mielőtt az egész csoport tovább indul a következő feladat felé. Emiatt bíztunk nagyon a rendszerben.

Doeleman átveszi csapata nevében a 2020 Breakthrough-díjat. Fotó: Steve Jennings / GETTY IMAGES NORTH AMERICA / AFP

A saját fekete lyukunkat is megvizsgáljuk

Az EHT számára két fontos projekt a következő lépés: az egyik, hogy a saját galaxisunk központjában található Sagittarius A* fekete lyukat szeretnék leképezni, ami azért nagy falat, mert sokkal kisebb, mint a korábban megfigyelt objektum. Ezerszer kisebb a tömege, mint a Messier 87 fekete lyukának, ami azt jelenti, hogy a dinamikus időskála ezerszer gyorsabb.

A Saggitarius A* körül sokkal gyorsabban történnek a dolgok, mint a másik objektum esetében

– mondta Doeleman. – Ahhoz, hogy az anyag körbeérjen a Messier 87-nél nagyjából egy hónapra van szükség, a Saggitarius A*-nál viszont mindössze fél órára. Ha tehát egy éjszaka alatt akarjuk megszerezni az adatokat, akkor a Saggitarius A* a szemünk előtt fog változni. Ehhez olyan új algoritmusokra van szükségünk, amik a dinamikus változásokat is képesek rekonstruálni.

A szakértő szerint ennek ellenére gyorsabban fog menni a fekete lyuk feltérképezése, mint eddig, de egyelőre nem lehet megmondani, hogy pontosan mikor kapunk képet a Saggitarius A*-ról.

A mérések jövő tavasszal kezdődnek, 8 helyett 11 teleszkóppal.

A másik nagy lépés az új generációs EHT kialakítása, amivel a kutatók reményei szerint már nemcsak képeket, hanem videókat is lehet majd készíteni a fekete lyukakról. Ez óriási előrelépés lenne, de a projekt egyelőre nagyon korai fázisban van: az EHT pályázatot írt ki, amihez lelkes tervezők jelentkezhetnek a hatékonynak gondolt távcsőterveikkel. Doeleman szerint akár már a következő tíz évben is képesek lehetünk mozgóképet csinálni a két elérhető fekete lyuk egyikéről.

Tíz évvel ezelőtt megjelentettünk egy tanulmányt, amiben azt írtuk: tíz éven belül meg tudjuk csinálni az első képet egy fekete lyukról. Két hónappal a tíz év lejárta előtt sikerült. Most úgy gondolom, hogy a következő évtizedben már videókat fogunk készíteni – mondta Doelemann. – Ehhez mindössze több teleszkópra lesz szükségük (Föld körüli pályán keringőkre is), valamint a megfelelő algoritmusokra, hogy mozgókép készülhessen az elképesztő méretű összegyűjtött adathalmazokból.

Ajánlott videó mutasd mind

Ha kommentelni, beszélgetni, vitatkozni szeretnél, vagy csak megosztanád a véleményedet másokkal, a 24.hu Facebook-oldalán teheted meg. Ha bővebben olvasnál az okokról, itt találsz válaszokat.

A cikkhez ide kattintva szólhatsz hozzá.
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.