Fekete lyuk lencsevégen!

Fekete lyuk lencsevégen!

A héten megtörtént a nagy bejelentés, amelyet nem túlzás az év legjelentősebb csillagászati eredményeként kezelni. Az Event Horizont Telescope (EHT) projekt bemutatta tizenöt év fejlesztésének és kutatómunkájának a eredményét: az első felvételt egy fekete lyukról. Pontosabban annak közvetlen környezetéről, az objektum maga ugyanis nem bocsájt ki detektálható sugárzást, így láthatatlan a számunkra. A felvételen látható narancssárgás karika azonban mérnöki és csillagászati szempontból is korszakalkotó – az alábbiakban az is kiderül, hogy mire ez a nagy felhajtás.

 

eso1907a.jpgAz ominózis felvétel az M87 galaxisban található szupermasszív fekete lyukról. (Forrás: ETC)

Event Horizont Telescope – maga az elnevezés is azt sejteti, hogy egyetlen teleszkóp végezte az úttörő mérést, pedig valójában több obszervatórium együtteséről van szó. A teleszkópok “összekapcsolása”, az ún. interferometria már régóta alkalmazott eljárás a csillagászatban. Különálló teleszkópok fényét szuperszámítógépeken futó alkalmazásokkal egyesítik, amely révén a felbontás nagymértékben javul. Ilyen elven (is) működnek az European Southern Observatory szervezet VLT-i: egyenként 8,4 méter átmérőjű műszerek, interfometrikus üzemmódban (kiegészülve három kisebb kisegítő távcsővel) azonban egy 130 méteres virtuális teleszkóppal érnek fel.

 

eso0906c.jpgA 8,4 méteres VLT távcsövek modellje összehasonlítva azzal az effektív tükörátmérővel, amelyet interferométer-üzemmódban elérhető (pirossal). (Forrás: ESO)

 

Az interferometrikus rendszerek működtetéséhez azonban olyan elképesztő idő- és térbeli precizitás szükséges, amely a megfigyelt elektromágneses hullám hosszával összemérhető. Optikai tartományban ez (egyelőre) csak úgy megoldható, ha a teleszkópok egymás közelében helyezkednek el; jó példák erre a fentebb emlíett VLT távcsövei vagy a Hawaii-on található Keck ikerteleszkópok. Hosszabb hullámhosszakon azonban jóval egyszerűbb mindezt kivitelezni, ezért is lett a rádiócsillagászat az interferometria-technika legnagyobb haszonélvezője. A méteres méretkategóriájú rádióhullámhosszakon a határ a csillagos ég – illetve (egyelőre) a Föld bolygó mérete. Mivel szerte a planétán találhatóak nagy méretű rádiótányérok, ezek mérési adatait kombinálva gyakorlatilag egy több ezer km átmérőjű teleszkóp felbontása érhető el. Mindez már jó ideje gyakorlat, a Very Long Baseline Array rádióantennáit rendszeresen használják elsősorban távoli galaxisok vizsgálatára.

 

keck.pngAz optikai tartományban érzékeny Keck óriástávcsövek legtávolabbi pontjainak távolsága 85 méter, ez az ún. bázisvonal (D). A szögfelbontás (vagyis a célpont objektum egyes részleteinek megkülönböztethetőségének, θ) növelése a megfigyelési hullámhossz (λ) csökkentésével, vagy a bázisvonal növelésével érhető el. Sajnos a kettő egymás ellen dolgozik; nagy bázisvonal még interferometriával is csak hosszabb (tipikusan rádió-) hullámhosszakon érhető el.

 

Gyakorlatilag ezen rádió-interferometria technikának a kiterjesztése volt a cél a rövidebb, (szub-)milliméteres tartományra, amikor tizenöt éve európai és amerikai kutatóközpontok együttműködésével megalakult az Event Horizont Telescope kollaboráció. Az első, 2006-os tesztek óta sorra csatlakoztak a programhoz a megfigyelőállomások. Jelen formájában az EHT kilenc milliméteres tartományban érzékeny teleszkóp mérési adatait használja, amelyek a Hawaii-szigetektől Spanyolországig, Grönlandtól a Déli-sarkig találhatóak szerte a világon.

 

23004570_1481884561907296_7551070375553260548_o.jpgAz Event Horizont Telescope teleszkópantennái a világ körül. (Forrás: EHT Facebook)

 

Az EHT projekt kezdete óta eltelt hosszú idő a rengeteg úttörő jellegű technológiai kihívásnak tudható be. Mindezek önmagukban nehezen szemléltethetőek, azonban sokatmondó, hogy a fejlesztéseket és a teszteket követően az “éles” mérésekre csak 2017 áprilisában került sor. Ekkor a programban részt vevő teleszkópantennák két hétig figyelték meg közös célpontjukat, az M87 galaxis közepén található nagy tömegű fekete lyukat.

 

A mérnököknek ráadásul számos olyan, viszonylag “hétköznapi” problémával is meg kellett birkózniuk, mint pl. az irgalmatlan adatamennyiség tárolása és szállítása. A nyolc teleszkópantenna által összesen termelt 7.000.000 GB adatot csak fizikai adathordozón tudták eljuttatni a feldolgozást végző központokba. Ennek következményeként a projekt egy éves csúszást is szenvedett, a Déli-sark közelében található South Pole Telescope esetében ugyanis a zord időjárás nem tette lehetővé az onnan származó adatok időben történő elszállítását. A kutatóknak így meg kellett várniuk az antarktiszi tél végét, hogy 2017 decemberében végre az utolsó adatcsomag is megérkezzen.

 

drawimage_aspx.jpegKissé barátságtalan, de amúgy kétségtelenül szép helyen van a South Pole Telescope. (Forrás: Dr. Daniel Michalik, NSF)

 

Az EHT által most bemutatott kép első ránézésre talán nem is látványos, a kulcs azonban a technikai részletekben rejlik. A célpont az M87 óriás eliptikus galaxis központi szupermasszív fekete lyuka volt. A monstrum tömege hozzátevőlegesen 6,5 milliárd naptömeg – ez még a Tejútrendszer központi fekete lyukánál is kb. 1500-szor nagyobb! Az óriási tömeg hatalmas méretet is sejtet, azonban a fekete lyuk saját gravitációja miatt “viszonylag” kis méretű. A fekete lyuk határa (definíció szerint) az eseményhorizont, az távolság a középponttól, amelyen belül már a fény sem tud megszökni a gravitáció miatt. Emiatt a fekete lyukról készült felvételen magát a fekete lyukat nem is láthatjuk, hiszen detektálható sugárzás nem jut ki róla. Látható viszont (sárgás-narancsos színnel), ahogy az ún. akkréciós korong, vagyis a belespirálozódó anyag körbeveszi. Ahonnan pedig feketeség kezdődik az már csak nem maga az eseményhorizont, pontosabban az attól némiképp (kb. 2,5-szer) nagyobb “árnyéka”. Ezt az (sok idézőjeles) árnyékot az eseményhorizonton belülre kerülő és ezáltal elvesző fotonok, valamint az erős gravitációs térben bekövetkező fényelhajlás okozza. Magyarán: a EHT felvételén látható sötét folt nem a fekete lyuk határa (mint ahogy az sok helyen felbukkant a médiában), sokkal inkább a sziluettje.

 

Remek magyarázata és szemléltetése a fekete lyuk felvételén látható sötét folt létrejöttének.

Ez persze mit sem von le a EHT sikeréből. Az M87 fekete lyuka esetében az eseményhorizont sugara kb. 20 milliárd km (125 csillagászati egység), ami nagyságrendileg megegyezik a legmesszebb járó űrszonda, a Voyager 1 jelenlegi távolsága – gyakorlatilag összemérhető a Naprendszer méretével. Megint csak, egy Naprendszer méretű fekete lyuk nagynak tűnik (hát, mondjuk az is), de 54 millió fényév távolságból aprónak látszik. Nagyságrendileg akkorának, mint egy teniszlabda a Holdról nézve. A kihívás pedig épp ebben állt: nem észre kellett venni (detektálni) a fekete lyukat (ami amúgy nem különösebben nehéz), hanem fel kellett térképezni a részleteit, szakszóval fel kellett bontani a felvételen. Ehhez pedig, ahogy a fentiekből is kitűnik, minél nagyobb távcső (bolygó méretű teleszkóphálózat) kellett, a lehető legrövidebb hullámhosszon (milliméteres tartomány).

 

m87.pngAz M87 galaxis (a kép bal felső harmadában) és a belőle több, mint 5000 fényévre kinyúló részecskeáramlás, az ún. jet. Utóbbi szintén a központi fekete lyuk környékéből ered. (Forrás: HST/NASA/ESA)

 

Azon túl, hogy az EHT eredménye igazi technológiai mérföldkő, természetesen csillagászati és kozmológiai vonatkozásban is rendkívüli. Mindeddig nem láttunk rá egy fekete lyukra és közvetlen környezetére, pusztán a tágabb értelembe vett környezetére gyakorolt hatásait vizsgálhattuk, mint pl. a körülötte keringő nagy sebességű csillagok vagy a jet-szerű részecske kilövellések. Az eseményhorizont közelébe jutó gáz- és prokorong elnyeléséről, az ún. akkréciós korongról mindeddig nem volt közvetlen információnk. Az általános relativitáselmélet és a hidrodinamikai modellezések alapján azonban elég határozott elképzeléseink voltak arról, hogy az EHT mit fog látni – az eredmények pedig rendkívül pontosan igazolták az elméleteket (mondhatnánk, Einsteinnek megint igaza volt, de ez már igen elcsépelt szófordulat). A milliméteres interferometria pedig új eszközt is ad a csillagászok kezébe, amelynek révén a fekete lyukak paraméterei szinte közvetlenül vizsgálhatóvá válnak.

 

simandreconstruct.pngElőzetesen végzett számítógépes szimuláció az M87 központi fekete lyukáról (balra), valamint ugyanez “lebutítva” az EHT jelenlegi érzékenységéhez. Mint azt a mellékelt ábra is mutatja, a szimulációk fején találták a szöget. (Forrás: Andrew Chael)

 

Ennél a pontnál az EHT diadalmenete még nem ért véget, ugyanis a két évvel ezelőtti méréseket tavaly tavasszal egy újabb két hetes mérési kampány követett. Ennek célpontja saját Galaxisunk, a Tejútrendszer központi fekete lyuka, becsületes nevén a Sgr A* volt. Ugyan 4 millió naptömegével eltörpül az M87 hasonló objektuma mellett, viszont hatalmas előnye, hogy közel van, mindössze 26000 fényévnyire. Nem mellesleg a hozzánk “tartozó” szupermasszív fekete lyukunkról beszélünk – érdemes hát a végére járni miként is néz az ki.

 

sgra_1.pngFelkészül a Sgr A*, ami ott rejtőzik a por- és gázfelhők vastag gyűrűjében. (Forrás: NASA)

 

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat – tudományról és science fiction-ről egyaránt.

Facebook Comments Box