Megérkezett a szenzációs első felvétel a Tejútrendszer központi fekete lyukáról

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Elkészült az első kép a galaxisunk középpontjában található szupermasszív fekete lyukról, a Sagittarius A*-ról – jelentette be csütörtök délután a szenzációs áttörést az eseményhorizont teleszkóp (Event Horizon Telescope, EHT) kollaboráció, amely még 2019 áprilisában közölte a legelső, történelmi felvételt egy fekete lyukról.

A kutatók a Tejútrendszer központi fekete lyukát, a tőlünk 27 ezer fényévre lévő Sagittarius A*-t (Sgr A*) egy globális rádióteleszkóp rendszerrel figyelték meg, több éjszakán keresztül, még 2017-ben. A mérésekből kombinált felvételen a 4 millió naptömegű fekete lyuk izzó gázokból álló, az extrém gravitáció által meghajlított akkréciós korongja látható, amely egy középső sötét régiót, a fekete lyuk árnyékát veszi körül.

A Tejútrendszer központi fekete lyuka, a Sagittarius A*Fotó: Event Horizon Telescope kollaboráció

A fekete lyuk árnyékának területe közel kétszerese magának az eseményhorizont által határolt fekete lyukénak. Ez az a határvonal, amelyen belülről a gravitáció erőssége miatt sem részecskék, sem elektromágneses sugárzás, mint a fény, nem képesek kiszabadulni. Mivel a fekete lyuk gravitációja meghajlítja az objektum körül forgó akkréciós korongból érkező fényt is, így a korong túlsó oldalának tetejét és a korong túlsó oldalának alját is látjuk. Emellett a relativisztikus Doppler-hatások miatt a felhevült gázokból álló korong felénk mozgó része világosabbnak, míg a tőlünk távolodó része halványabbnak tűnik.

„Nagyon meglepődtünk, hogy mennyire pontosan egyezik a fekete lyuk körüli korong mérete az Einstein általános relativitáselmélete által előre jelzettel. Ezek a példátlan megfigyelések jelentősen javítják a galaxisunk középpontjában zajló eseményekről meglévő ismereteinket, és segítenek megérteni, hogyan hatnak ezek a hatalmas fekete lyukak a környezetükre” – mondta el Geoffrey Bower, az EHT vezető kutatója.

A Tejútrendszer, vagyis a Naprendszerünknek otthont adó, 100–400 milliárd csillagot számláló küllős spirálgalaxis középpontjában elhelyezkedő Sagittarius A*-hoz hasonló, több millió vagy milliárd naptömegű szupermasszív fekete lyuk a legtöbb galaxis középpontjában megtalálható. Ezeknél lényegesen gyakoribbak azok a fekete lyukak, amelyek az 5 naptömegnél nagyobb csillagok életciklusának végén, azok gravitációs összeomlásával keletkeznek. Vannak még köztes tömegű fekete lyukak, melyekről korábban már részletesebben is írtunk – ezek valószínűleg néhány, vagy néhány tíz naptömegű fekete lyukak összeolvadásával jönnek létre.

Egy oldalról nézett fekete lyuk eseményhorizontját körülvevő struktúrák a NASA vizualizációjánIllusztráció: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman/Tóth András-Qubit.hu

Az általános relativitáselmélet által előre jelzett fekete lyukakat évtizedekig csak környezetükre mért hatásuk alapján észlelhették a szakemberek, egészen 2016-ig, amikor a LIGO kollaboráció bejelentette az első fekete lyukak ütközéséből keletkező gravitációs hullámok észlelését. Ezt követte az EHT teleszkóp három évvel később közölt felvétele az 53 millió fényévre lévő M87 elliptikus galaxis 6,5 milliárd naptömegű szupermasszív fekete lyukáról.

A kutatók szerint a Tejútrendszer és az M87 galaxis központi fekete lyukai kifejezetten hasonlítanak, annak ellenére, hogy a saját galaxisunké több mint ezerszer kisebb. Mint Sera Markoff, az EHT tudományos tanácsának társvezetője elmondta, „két teljesen eltérő galaxissal van dolgunk, és két nagyon különböző tömegű fekete lyukkal, ugyanakkor az eseményhorizonthoz közel nagyon hasonlónak tűnnek. Ez azt mutatja, hogy ezek az objektumok az általános relativitáselmélet szabályai szerint viselkednek, és a távolabbi területeken megjelenő eltéréseket a fekete lyukakat körbevevő anyag különbségei okozzák”.

Az M87 és most a Tejútrendszer szupermasszív fekete lyukát a kutatók az EHT eseményhorizont globális rádióteleszkóp-rendszerrel figyelték meg, amely a Spanyolországban, Chilében, az Egyesült Államokban, Mexikóban, és az Antarktiszon elhelyezkedő, milliméteres és szubmilliméteres tartományú rádiótávcsövek összekapcsolásával működik. Ezt a csillagászok egy „nagyon hosszú alapvonalú interferometriának” (VLBI) nevezett technológiával valósítják meg, amely egy fantasztikus felbontású, szinte Föld-méretű virtuális teleszkópot hoz létre.

Az M87 fekete lyukához képest a Sagittarius A* megörökítése jelentősen nehezebb feladat volt, annak ellenére, hogy utóbbi sokkal közelebb van hozzánk. Mint az EHT kutatója, Csan Csi-kvan elmagyarázta, „a fekete lyuk környékén található gázok hasonlóan, közel fénysebességgel mozognak mindkét objektum körül, ugyanakkor az M87 sokkal nagyobb fekete lyukát napok, vagy hetek alatt kerülik meg, míg a sokkal kisebb Sgr A*-t néhány perc alatt. Ez pedig azt eredményezi, hogy a gáz fényessége és mintázata gyorsan változott galaxisunk központi fekete lyuka körül az EHT-vel való megfigyelések alatt”. A kutatók összességében öt évig dolgoztak az adatokon szuperszámítógépek segítségével, és új módszereket fejlesztettek ki, amelyek figyelembe vették a gáz mozgását, és lehetővé tették egy átlagolt kép elkészítését.

Az ALMA rádiótávcső rendszer az atacamai sivatagban.Fotó: ESO/C. Malin

Az EHT-t az 5000 méteres magasságban található, 66 rádióteleszkópból álló chilei ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) obszervatórium, a chilei APEX rádióteleszkóp, a Hawaiin található James Clerk Maxwell és SMA rádióteleszkópok, a mexikói Alfonso Serrano nagy milliméteres rádióteleszkóp, két arizonai rádióteleszkóp, a spanyol 30 méteres IRAM rádiótávcső és a Déli-sarkon található SPT rádiótávcső alkotják.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: