A rádióteleszkópok nemzetközi hálózata elkészítette a fekete lyuk árnyékának legelső közeli képét, amelyet a tudósok ma reggel (április 10.) mutattak be. Az Event Horizon Telescope néven működő együttműködés évtizedes előrejelzéseket erősített meg arról, hogy a fény hogyan viselkedne ezen sötét tárgyak körül, és megteremtette a teret a fekete lyukú csillagászat új korszakának.
"A nulla skálától a csodálatosig elképesztő volt" - mondta Erin Bonning, az Emory Egyetem asztrofizikus és fekete lyuk kutatója, aki nem vett részt a képalkotó munkában.
"Ez azt mondta, erre számítottam" - mondta a Live Science-nek.
A bejelentés, amelyet körülbelül másfél hétre előre írtak, hihetetlenül izgalmasnak bizonyult, és szinte teljesen mentes volt meglepő részletekből vagy új fizikából. A fizika nem bomlott le. A fekete lyukak váratlan jellemzőit nem fedték fel. Maga a kép szinte tökéletesen illeszkedett a fekete lyukak illusztrációihoz, amelyeket a tudományban és a popkultúrában szoktunk látni. A nagy különbség az, hogy egész sokkal homályosabb.
Számos fontos kérdés merült fel a fekete lyukakkal kapcsolatban, amelyek továbbra sem oldottak meg, mondta Bonning.
Hogyan állítják elő a fekete lyukakat a hatalmas, forró, gyors anyagú fúvókákkal?
Minden szupermasszív fekete lyuk képes megrágni a közeli anyagot, annak nagy részét felszívja az eseményhorizonton túl, és a fennmaradó részet könnyű sebességgel az űrbe köpte lángoló tornyokban, amelyeket az asztrofizikusok "relativista fúvókáknak" hívnak.
És a Szűz A közepén található fekete lyuk (más néven Messier 87) hírhedt a lenyűgöző fúvókáival, varratanyagával és sugárzásával az egész űrben. Relativista fúvókái olyan hatalmasak, hogy teljes mértékben el tudják menekülni a környező galaxistól.
És a fizikusok tudják, hogy ez mi történik: Az anyag szélsőséges sebességre gyorsul, amikor beleesik a fekete lyuk gravitációjába, majd egy része elmenekül, miközben megtartja ezt a tehetetlenséget. A tudósok azonban nem értenek egyet ennek részleteivel. Ez a kép és a hozzá kapcsolódó dokumentumok még nem tartalmaznak részleteket.
Bonning szerint ez kideríteni fogja az Esemény Horizont Teleszkóp megfigyeléseinek - amelyek meglehetősen kis helyet foglalnak el - összekapcsolását a relativista fúvókák sokkal nagyobb képeivel.
Míg a fizikusok még nem válaszolnak, mondta: nagy esély van arra, hogy hamarosan megérkeznek - különösen akkor, ha az együttműködés képeket készít a második célpontjáról: a szupermasszív fekete lyuk Nyilas A * a saját galaxisunk központjában, amely nem termel olyan fúvókákat, mint a Szűz A. A két kép összehasonlítása, mondja, kissé világosabbá teheti.
Hogyan illeszkednek az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika?
Amikor a fizikusok találkoznak, hogy egy igazán izgalmas új felfedezésről beszéljenek, akkor számíthat arra, hogy valaki azt hallja, hogy valaki azt sugallja, hogy ez segíthet megmagyarázni a "kvantitatív gravitációt".
Ennek oka az, hogy a kvantum gravitáció a fizika nagy ismeretlen része. Körülbelül egy évszázadon keresztül a fizikusok két különféle szabályrendszerrel dolgoztak: az általános relativitáselmélet, amely olyan nagy dolgokat fed le, mint a gravitáció, és a kvantummechanika, amely nagyon apró dolgokat fed le. A probléma az, hogy ez a két szabálykönyv közvetlenül ellentmond egymásnak. A kvantummechanika nem magyarázza meg a gravitációt, és a relativitáselmélet nem magyarázza meg a kvantum viselkedését.
Egyszer a fizikusok remélik, hogy összekapcsolják a kettőt egy nagy, egységes elméletben, amely valószínűleg valamiféle kvant gravitációt is magában foglal.
És a mai bejelentés előtt spekulációk folytak, amelyek tartalmazhatnak bizonyos áttörést a témában. (Ha az általános relativitáselmélet előrejelzéseit nem erősítették volna meg a képen, akkor ez tovább mozgatta volna a labdát.) Avery Science, az Országos Tudományos Alapítvány híradása alatt, Avery Broderick, a kanadai Waterloo Egyetem fizikusa és munkatársa a projekt kapcsán javasolta az ilyen típusú válaszokat.
Bonning azonban szkeptikus volt ebben az állításban. Ez a kép az általános relativitáselméleti szempontból teljesen meglepő volt, tehát nem kínálott új fizikát, amely kiküszöbölheti a két terület közötti szakadékot - mondta Bonning.
Mégis nem őrült, hogy az emberek válaszokra számítanak az ilyen jellegű megfigyelések alapján - mondta, mert a fekete lyuk árnyéka a relativista erőket apró, kvantum méretű terekbe hozza.
"Arra számíthatnánk, hogy a kvantum gravitáció nagyon, nagyon közel legyen az eseményhorizonthoz, vagy nagyon-nagyon korai a korai világegyetemben" - mondta.
De az Event Horizons Teleszkóp továbbra is homályos felbontásakor, azt mondta, nem valószínű, hogy találunk ilyen jellegű effektusokat, még akkor is, ha a tervezett frissítések beérkeznek.
Stephen Hawking elméletei ugyanolyan helyesek voltak, mint Einstein?
Stephen Hawking fizikus karrierjének legnagyobb hozzájárulása a fizikához a "Hawking sugárzás" gondolata volt - hogy a fekete lyukak valójában nem feketék, hanem idővel kis mennyiségű sugárzást bocsátanak ki. Az eredmény rendkívül fontos, mert azt mutatta, hogy amint egy fekete lyuk növekszik, nagyon lassan csökkenni fog az energiaveszteség.
Az Event Horizons távcső azonban nem erősítette meg vagy nem tagadta ezt az elméletet - mondta Bonning, nem mintha bárki elvárná.
Az olyan óriási fekete lyukak, mint amilyen a Szűz A-ban van, csak minimális mennyiségű Hawking sugárzást bocsátanak ki az általános méretükhöz képest. Noha a legfejlettebb műszereink most észlelhetik eseményhorizontjuk fényes fényeit, kevés esély van arra, hogy valaha elrontják a szupermasszív fekete lyuk felületének ultra-halvány fényét.
Ezek az eredmények, mondta, valószínűleg a legkisebb fekete lyukakból származnak - olyan elméleti, rövid életű tárgyakból, amelyek annyira kicsik, hogy a kezedbe befedhetik az egész eseményhorizontot. A közeli megfigyelések lehetőségével és a teljes méretükhöz képest sokkal több elérhető sugárzással az emberek végül kitalálhatják, hogyan állíthatnak elő vagy találnak meg sugárterhelést.
Tehát mit tanultak ebből a képből?
Először a fizikusok megtudták, hogy Einsteinnek ismét igaza volt. Az árnyék széle, amennyire az Event Horizons teleszkóp látja, tökéletes kör, ahogyan a XX. Századi fizikusok az Einstein általános relativitáselméleti egyenletével dolgoztak.
"Nem hiszem, hogy valaki meglepődne, amikor egy újabb általános relativitásteszt sikeres lesz" - mondta Bonning. "Ha sétáltak volna a színpadra, és azt mondták, hogy az általános relativitáselmélet megszakadt, akkor le kellett volna esnem a székemről."
Az elmondása szerint az azonnali, gyakorlati vonatkozású eredmény az volt, hogy a kép lehetővé tette a tudósok számára, hogy pontosan megmérjék ennek a szupermasszív fekete lyuknak a tömegét, amely 55 millió fényévnyire van a Szűz A galaxis szívében. 6,5 milliárdszor tömegebb, mint a napunk.
Ez nagy ügy, mondta Bonning, mert ez megváltoztathatja a módját, ahogy a fizikusok lemérik a szupermasszív fekete lyukakat más, távolabbi vagy kisebb galaxisok szívében.
Most a fizikusok nagyon pontosan megmérik a Tejút szívében levő szupermasszív fekete lyuk tömegét, mondta Bonning, mert ők megfigyelhetik, hogy a gravitáció hogyan mozgatja az egyes csillagokat a szomszédságában.
De más galaxisokban a távcsöveink nem látják az egyes csillagok mozgását - mondta. Tehát a fizikusok ragaszkodnak a durvabb mérésekhez: Hogyan befolyásolja a fekete lyuk tömege a galaxis különböző csillagrétegeiből származó fényt, vagy hogy tömege hogyan befolyásolja a galaxisban a szabadon lebegő gázok különböző rétegeiből származó fényt.
De ezek a számítások hiányosak - mondta.
"Nagyon összetett rendszert kell modelleznie" - mondta.
És a két módszer végül kissé eltérő eredményeket eredményez minden galaxisbeli fizikus megfigyelésekor. De legalább az A szűz fekete lyukához most már tudjuk, hogy az egyik módszer helyes.
"6,5 milliárd napelemes tömeg meghatározásunk közvetlenül a nehezebb tömegmeghatározás tetején leszáll." - mondta Sera Markoff, az Amszterdami Egyetem asztrofizikusa és a projekt egyik munkatársa a hírlapokban.
Ez nem azt jelenti, hogy a fizikusok csak nagykereskedelemben alkalmazzák ezt a megközelítést a fekete lyuk tömegének mérésére - mondta Bonning. De fontos adatpontot kínál a jövőbeli számítások finomításához.
