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.
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.
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:
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.
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.
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.
– 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.
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 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.
