Világszenzáció: íme az első valódi kép egy fekete lyukról

Az Event Horizon Telescope teleszkóphálózat elkészítette az első igazi felvételt egy fekete lyukról. 

Az Event Horizon Telescope (magyarul Eseményhorizont Távcső, rövidítve EHT) nyolc földi rádióteleszkóp nemzetközi együttműködésben üzemeltetett bolygóméretű hálózata, amelyet arra terveztek, hogy képet alkossanak egy fekete lyukról.

A mai napon az EHT kutatói világszerte egybehangolt sajtókonferenciákon jelentik be, hogy sikerrel jártak, bemutatva egy szupernagy tömegű fekete lyuk és árnyékának első látható bizonyítékát.

Az első valódi felvétel egy fekete lyukról. Ez már nem egy művészi illusztráció Forrás: EHT Collaboration

Az áttörést jelentő eredményt a The Astronomical Journal Letters című folyóirat különszámában megjelent hat szakcikkben közölték. A kép a Virgo galaxishalmaz centrumát uraló M87 galaxis központjában helyet foglaló fekete lyukat fedi fel,

amely 55 millió fényévre van tőlünk, tömege pedig a Napénak 6,5 milliárdszorosa.

Az EHT a Föld különböző részein működő rádiótávcsöveket kapcsolja össze egyetlen, mindeddig példa nélküli bolygóméretű virtuális teleszkóppá. Ez pedig új lehetőséget nyújt a kutatóknak a Világegyetem Einstein-féle általános relativitáselmélet által megjósolt szélsőséges objektumainak vizsgálatára, éppen az elméletet először igazoló tudománytörténeti jelentőségű mérés századik évfordulójának évében.

Először alkottunk képet egy fekete lyukról"

– mondja az EHT projekt igazgatója, Sheperd S. Doeleman (Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian).

A hatalmas tudományos előrelépés egy kétszáznál is több kutatóból álló csapat munkájának eredménye."

"As with all great discoveries this is just the beginning" says @EHTelescope director Shep Doeleman #EHTblackholehttps://t.co/RjpPjXDt0apic.twitter.com/ulngkjkNcz

— Physics World (@PhysicsWorld) 2019. április 10.

A nagy árnyék

A fekete lyukak hatalmas tömegű, de elképesztően kis méretű, rendkívüli kozmikus objektumok, amelyek környezetükre is szélsőséges hatásokat gyakorolnak:

meggörbítik a téridőt, és óriási hőmérsékletűre fűtik az anyagot maguk körül.

„Egy fényes régióba, például izzó gázból álló korongba ágyazott fekete lyuk esetében azt várjuk, hogy árnyékhoz hasonló, az Einstein-féle általános relativitáselmélet által megjósolt sötét terület alakul ki körülötte, ilyet azonban eddig még nem sikerült megpillantanunk" – magyarázza Heino Falcke (Radboud University, Hollandia), az EHT tudományos tanácsának elnöke.

A gravitációs fényelhajlás és az eseményhorizonton csapdába esett fotonok által okozott árnyék sok mindent elárul a rendkívül érdekes objektumok természetéről, és lehetővé teszi, hogy megmérjük az M87 központi fekete lyukának elképesztően nagy tömegét."

Mi az eseményhorizont?

Az eseményhorizont a fekete lyuk körüli téridő azon határfelülete, ahol a szökési sebesség (ami ahhoz szükséges, hogy az adott objektum kiszabaduljon a fekete lyuk észvesztő gravitációs vonzásából) megegyezik a fénysebességgel. Amint közeledünk egy fekete lyukhoz, annak gravitációs ereje egyre erősebbé válik, végül elérjük azt a régiót, ahol már a fény is csapdába esik. Mivel Einstein általános relativitáselmélete szerint a fénynél semmi sem lehet gyorsabb, e térrészből nincs menekvés az anyag számára. Ebből következik, hogy míg az eseményhorizonton kívüli történéseket érzékelhetjük, addig az azon túli folyamatok rejtve maradnak előttünk.

Az összetett kalibrációs és képalkotási módszerek gyűrűszerű, sötét központi részű – a fekete lyuk árnyéka – struktúrát fedtek fel, amely több független EHT-észlelés során is jelen volt.

Az ESO VLT távcsőegyüttesével készített kép az M87-ről Forrás: ESO

Az előrejelzés egyezett a megfigyeléssel

Amikor meggyőződtünk róla, hogy az árnyékról alkottunk képet, azt össze tudtuk vetni nagy számú, a fekete lyukak körüli fizikai folyamatokat – úgy mint a görbült tér fizikáját, a forró anyagot és az erős mágneses teret – modellező numerikus számítógépes eredményekkel.

Számos megfigyelt részlet meglepően jól illeszkedik az elméletek által jósolt képpel"

– jegyezte meg Paul T. P. Ho, az EHT vezetőségének tagja és a Kelet-Ázsiai Obszervatórium igazgatója.

Az M87 galaxis központjában helyet foglaló fekete lyuk művészi képe Forrás: ESO/M. Kornmesser

„Az észlelt kép jól egyezik az elméleti előrejelzéseinkkel, így biztosak lehetünk megfigyeléseink értelmezésének helyességében, beleértve a fekete lyuk tömegére adott becslésünket is."

Az elmélet és a megfigyelések összevetése mindig drámai pillanatot jelent az elméleti szakembereknek. Megkönnyebbültünk és büszkék voltunk, amikor kiderült, hogy a megfigyelések milyen jól egyeznek az előrejelzéseinkkel"

– fejtette ki Luciano Rezzolla (Goethe Universität, Németország), az EHT vezetőségének tagja.

Az EHT megépítése

Már az EHT létrehozása is hatalmas kihívás volt, hiszen nyolc, a világ eltérő részein, különböző – néha egészen nagy – tengerszint feletti magasságokban már üzemelő rádiótávcsövet kellett fejleszteni és összekapcsolni hozzá. A helyszínek között vannak hawaii és mexikói vulkánok, hegycsúcsok Arizonában vagy a spanyolországi Sierra Nevadában, de a chilei Atacama-sivatag és az Antarktisz sem maradt ki.

Az EHT az úgynevezett nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) módszerét használja, amelynek során a Föld különböző részein működő távcsövek megfigyeléseit hangolják össze, a bolygó forgását kihasználva egy Föld-méretű, az 1,3 mm-es hullámhosszon észlelő virtuális teleszkópot létrehozva így.

A VLBI technika lehetővé teszi, hogy az EHT elérje a 20 mikroívmásodperc szögfelbontást, amely elegendő lenne ahhoz is, hogy a New Yorkban kifüggesztett újságot egy párizsi kávézóból olvassuk.

Az EHT globális hálózata Forrás: ESO/ L. Calçada

Az eredmény elérésében használt teleszkópok a következők voltak:

1. ALMA,
2. APEX,
3. IRAM 30-meter telescope,
4. James Clerk Maxwell Telescope,
5. Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano,
6. Submillimeter Array,
7. Submillimeter Telescope,
8. South Pole Telescope.

A távcsövek által gyűjtött több petabájt nyers adatot a Max Planck Rádiócsillagászati Intézet és az MIT Haystack Obszervatórima által üzemeltetett, erre a célra felkészített szuperszámítógépekkel dolgozták fel.

Olyan eredményt értünk el, amely még egy generációval ezelőtt is elképzelhetetlennek tűnt"

– zárja a sort Doeleman.

Technológiai áttörések, a világ legjobb rádiótávcsöveinek összekapcsolása és innovatív algoritmusok vezettek oda, hogy teljesen új ablak nyílt a fekete lyukakra és eseményhorizontjaikra."

Forrás: ESO, Space.com