Az éjszakai égbolton a legnagyobb tárgy - messze! - láthatatlan számunkra. Az objektum a Tejút-galaxisunk közepén található, Szuper-Masszív Fekete Lyuk (SMBH), amelyet úgy hívnak, hogy Nyilas. De hamarosan képe lesz a Nyilas A eseményhorizontjáról. És ez a kép kihívást jelenthet Einstein általános relativitáselméletének.
Soha senki sem látta a fekete lyuk eseményhorizontját. Az intenzív gravitációs vonzás megakadályozza bármi elmenekülését, akár a fény is. Az esemény horizontja nem tér vissza. Nem számít, nincs fény és semmi információ nem tud menekülni. De valószínűleg közel állunk ahhoz, hogy képet kapjunk a Nyilas A eseményhorizontjáról, az Event Horizon Telescope (EHT) segítségével.
Az EHT egy nemzetközi együttműködés, amelynek célja egy fekete lyuk közvetlen környezetének felderítése. Ez nem egy távcső, hanem a rádiós távcsövek összekapcsolt rendszere az egész világon, amelyek mindegyike interferometria segítségével működik. A fekete lyukot körülvevő régió elektromágneses energiájának mérésével több rádióedény segítségével, több helyen, a forrás néhány tulajdonsága levezethető.
Az EHT-vel foglalkozó kutatók azt remélik, hogy megfigyeléseik képeket adnak az intenzív gravitációs hatásokról, amelyeket várhatóan látni fogunk a fekete lyuk közelében. Azt is remélik, hogy észlelni tudják a lyuk közelében lévő munkahelyi dinamikák egy részét, mivel az akkumulációs korong keringő anyaga eléri a relativista sebességet.
Az EHT projekt négy év alatt gyűjtött adatokat a Nyilas A-ról és egy másik, M87 nevű fekete lyukról a Szűz A galaxis központjában. Ez a négy év 2017 áprilisában ért véget, de a 200 tudósból és mérnökből álló csapat továbbra is elemzi az adatokat. Időközben a csapat számítógépes modellképeket adott ki azokról, amelyeket remélnek látni.
A kép nem tűnik túl soknak, de jelentős. Ez megegyezik egy újságcím olvasásával a Holdon, miközben a Földön áll. A kép segíthet a fekete lyukakkal kapcsolatos néhány zavaros kérdés megválaszolásában:
- Milyen szerepet játszottak a fekete lyukak a galaxisok kialakulásában?
- Hogyan néz ki a fény és az anyag, amikor egy fekete lyuk felé esnek?
- Milyen energiaforrásokból lőnek ki fekete lyukak?
Lehetséges, hogy az EHT által a Nyilas A-ból készített kép azt is jelenti, hogy frissíteni kell Einstein általános relativitáselméletét. (Bár általában rossz ötlet az Einstein elleni fogadás.)
Fekete lyukak és az Esemény Horizont
A fekete lyukak alapvetően egy csillag holtteste. Amikor egy nagyon hatalmas csillag elégeti az üzemanyagot, akkor rendkívül sűrű pontra vagy szingularitásra esik össze. A fekete lyuk hihetetlenül erőteljes gravitációs vonzással rendelkezik, amely a gázt és a port felé húzza. Körülbelül 10 000 évben a Nyilas A még egy csillagot is fogyaszt.
Az eseményhorizont olyan, mint egy héj a fekete lyuk körül. Amint bármilyen anyag - vagy akár fény is - eléri az esemény horizontját, a játék véget ért. A fekete lyuk mérete növekszik, mivel anyagot fogyaszt, és az eseményhorizont is kibővül.
A Nyilas A, a saját Super-Massive Black Hole (SMBH), hatalmas. Tömege 4 millió alkalommal nagyobb, mint a Napé. De még így is, a többi SMBH-hoz képest nem olyan nagy. Az EHT projekt másik SMBH jóval nagyobb, 7 milliárdszoros tömeggel a Napé.
Az EHT a fekete lyuk körüli terület tanulmányozásával készít képet az esemény horizontjáról. Valami történik az anyaggal, amikor beleesik a fekete lyukba. Gördülő gázból és porból álló akkumulációs korongot képez, amely alapvetően egy tartómintázatban van, amíg szivárog a lyukba. Ez az anyag felgyorsul a relativista sebességig, azaz közel áll a fénysebességhez. Amikor ez megtörténik, az anyagot felmelegítik, és energiát bocsátanak ki.
De a fekete lyuk gravitációs szempontból annyira erős, hogy meghajolja ezt a fényt egy olyan jelenségben, amelyet gravitációs lencsének neveznek. Ez a lencse sötét régiót hoz létre, amelyet a fekete lyuk árnyékának hívnak. Az elmélet szerint az eseményhorizontnak körülbelül 2,5-szer nagyobbnak kell lennie, mint az árnyéké. Tehát amint a tudósoknak képet kapnak az árnyékról, tudják, milyen nagy az eseményhorizont. Az eseményhorizont mérete arányos a fekete lyuk tömegével. Tehát a Nyilas A esetében körülbelül 24 millió km átmérőjűnek kell lennie.
Tehát nem lesznek képek a magáról a fekete lyukról, de lesznek képek is az árnyékról, amelyet a fekete lyuk vet. Tudományos szempontból ez nagy ugrás a fekete lyukak megértésében. És ha kétség merül fel a fekete lyukak létezésével kapcsolatban, az árnyék képe szilárd bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a fekete lyukak valóban ott vannak.
Az EHT és a repülőgépek
A Nyilas A hatalmas mérete ellenére apró az égbolton. Túl kicsi, hogy egyetlen távcsövet láthassanak. Ezért valósult meg az EHT. A világ 7 különálló rádióteleszkópját egyesíti egy nagy virtuális távcsővé, egy nagyon hosszú alapvonal-interferometria (VLBI) nevű technikával, amit a csillagászat kedvelői ismernek. A virtuális távcső sokkal nagyobb felbontóképességgel rendelkezik, mint egyetlen terjedelem, és lehetővé tette a csillagászoknak, hogy megvizsgálják az Sgr közelében lévő területet. A.
2017 áprilisában egy hetes időszak alatt az EHT csapata mind a hét hatókörét az Sgr A felé mutatta, és hét atomóra rögzítette a jelek érkezési idejét az egyes távcsövekhez. A jelek tanulmányozásával és kombinálásával a tudósok képet képezhetnek a Sgr A-ról. Ez egy időigényes folyamat, amely folyamatban van.
A fekete lyuk közelében kilépő energetikai fúvókák különösen érdeklődik a kutatók számára. A fekete lyuk akkreditációs korongján kavargó anyag milliárd fokos hőmérsékleten melegszik. Egy része belép a fekete lyukba, de nem egész.
Az energetikai fúvókák képezik az akkumulációs korongot. Több tízezer fényév alatt haladnak közel a fénysebességhez. A tudósok többet szeretnének megtudni róluk.
Amikor Sgr. A, nem tudjuk, vannak-e fúvókák. Az elmúlt néhány évtizedben nem volt nagyon aktív, ezért lehet, hogy nincs fúvóka. De ha ott vannak, az EHT ott veszi a rádiójeleket. Akkor kaphatunk válaszokat néhány alapvető kérdésre a repülőgépekkel kapcsolatban:
- Hogyan kezdik?
- Hogyan gyorsulnak a relativista sebességre?
- Hogyan lehetnek szorosan összpontosítva?
- Pontosan miből készülnek?
Az Einstein általános relativitáselmélete bajban van?
Valószínűleg nem. De van esély.
Naprendszerünk nagy része egy nagyon prozaikus, munkanap. És innen származik az általános relativitást alátámasztó megfigyelésünk legtöbbje. A fekete lyukot körülvevő régió azonban nem szokásos szomszédság.
A körülmények rendkívül szélsőségesek. Intenzív gravitáció, túlfűtött anyag fúvókák, amelyek a fénysebesség és az eseményhorizont közelében mozognak. De az általános relativitáselméleti szempontból ez elsősorban a gravitációról és a fényről szól.
Az általános relativitáselmélet azt jósolja, hogy a fekete lyuk gravitációja meghajlik a téridőben, és mindent felé húz, beleértve a fényt is. Az EHT által összegyűjtött adatok lehetővé teszik ennek a jelenségnek a mérését, amelyet össze lehet hasonlítani Einstein előrejelzéseivel. Ha az adatok megegyeznek az előrejelzésekkel, Einstein újra megnyeri.
Az általános relativitáselmélet újabb előrejelzést tesz: az akkreditáló lemez árnyékának kör alakúnak kell lennie. Ha nem kör alakú és inkább tojás alakú, akkor az általános relativitásbeli képletek nem teljesen pontosak.
John Wardle csillagász, aki évtizedek óta tanulmányozza a fekete lyukakat, még akkor is, amikor ezek még csak elméleti konstrukciók voltak. Nagyon részt vesz az EHT projektben. Wardle úgy gondolja, hogy az általános relativitáselmélet áll majd ezen a próbán, és Einstein újra megnyeri. De ha az általános relativitáselmélet sikertelen ennek a tesztnek, akkor nagyon nehéz és furcsa helyzetbe kerülünk.
"Akkor egy súlyos, egyenes kabátban leszünk, mert nem végezhet változtatásokat, amelyek összezavarják a többi működő bitet" - mondta Wardle. - Nagyon izgalmas lenne.
- A Brandeis University sajtóközleménye: „Hogyan néz ki egy fekete lyuk?”
- Esemény Horizon távcső
- Wikipedia bejegyzés: Interferometria
- Wikipedia bejegyzés: Event Horizon
