Portrét állt a Tejút központi fekete lyuka

Áttörést jelentő új tudományos eredményt jelentettek be csütörtökön a csillagászok a világ több helyszínén egyszerre, köztük az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory – ESO) garchingi központjában. A kutatók a sajtótájékoztatón bemutatták az első felvételt a Tejútrendszerünk középpontjában megbújó szupernagy tömegű fekete lyukról. Ez a megfigyelés kétséget kizáróan igazolja, hogy a galaxisunk közepén található hatalmas tömegű képződmény valóban egy fekete lyuk. A felvételek emellett bepillantást engednek ezeknek az óriási, a feltételezések szerint a legtöbb galaxis középpontjában megtalálható objektumoknak a működésébe is. A felvételt a csillagászok rádiótávcsövek egy globális hálózatával, a nemzetközi együttműködés keretében üzemeltetett Eseményhorizont Távcső (Event Horizon Telescope – EHT) nevű műszeregyüttessel készítették.

A galaxisunknak pontosan a középpontjában rejtőző óriási tömegű égitestet ábrázoló felvétel elkészültét egyaránt nagyon várták már a szakemberek és a nagyközönség is. A csillagászok már korábban megfigyelték, miként keringenek a Tejútrendszer központi régiójának csillagai egy láthatatlan, nagyon sűrű, de ugyanakkor hatalmas tömegű vonzáscentrum körül. Már ezek a megfigyelések is erősen utaltak rá, hogy ez a Sagittarius A* (röviden Sgr A*) jelű égitest nem lehet más, mint egy fekete lyuk. A ma nyilvánosságra hozott közvetlen felvétel azonban kétséget sem hagy afelől, hogy ez valóban így van.

Noha a fekete lyukat magát most sem láthatjuk, hiszen az tökéletesen fekete, az azt körülölelő fénylő gáz árulkodó jeleket mutat. Egy árnyéknak nevezett, sötét központi régiót ölel körül egy gyűrű formájú, fényes alakzat. A felvételen a fekete lyuk hatalmas, a Nap tömegének négymilliószorosát kitevő tömege által eltérített fénysugarak láthatók.

„Lenyűgöző a fénygyűrű Einstein általános relativitáselméletéből kiszámított és az általunk mért valódi átmérője közötti nagyszerű egyezés” – lelkendezik Geoffrey Bower, a tajpeji Academia Sinica Csillagászati és Asztrofizikai intézetének munkatársa, az EHT együttműködési program kutatója. – „Ez a páratlan megfigyelés nagyban hozzájárul a galaxisunk középpontjában zajló folyamatok megismeréséhez, és arról is elárul valamit, hogy miként hat kölcsön a fekete lyuk a környezetével.”

Minthogy ez a fekete lyuk hozzávetőleg 27 ezer fényévre található a Földtől, így nagyjából ugyanakkorának látszik az égbolton, mint egy fánk a Hold felszínén. Ennek megörökítéséhez volt szükség a rendkívüli teljesítményű EHT távcsőhálózatra. Ez nyolc, korábban is létező, a Föld különböző tájain található obszervatórium összekapcsolásával jött létre. Így egy hatalmas, a Föld méretét kitevő virtuális távcső felbontóképessége érhető el. Az EHT-vel 2017 több éjszakáján is megfigyelték a csillagászok az Sgr A*-ot, alkalmanként több órányi adatmennyiséget összegyűjtve, hasonlóképp, mint amikor egy fényképezőgéppel rögzítenek hosszú expozíciós idejű felvételt halvány célpontokról.

Több más eszköz mellett az EHT hálózatának tagja a részben az ESO tulajdonában lévő, és az európai tagállamok megbízásából a chilei Atacama-sivatagban működtetett Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) és az Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) rádiótávcsövek is. Európát az EHT-együttműködésben ezen kívül a 30 méteres átmérőjű spanyol IRAM, továbbá 2018-tól kezdve a francia NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) rádiótávcsövek, valamint egy, a Németországbeli Max Planck kutatóintézet-hálózat Rádiócsillagászati intézetében (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) működő szuperszámítógép is képviselik. Az EHT-program továbbá európai anyagi támogatásban is részesült az Európai Kutatási Tanács (European Research Council), valamint a németországi Max Planck Társaság révén.

„Nagy örömünkre szolgál, hogy az ESO az elmúlt évek során ilyen fontos szerepet játszott a fekete lyukak és különösen az Sgr A* titkainak feltárásában” – hangsúlyozza Xavier Barçons, az ESO főigazgatója. – „Az ESO nem csak az ALMA és APEX műszerekkel járult hozzá az EHT sikereihez, de a többi chilei obszervatóriumában korábban elért, a galaxisunk központjával kapcsolatos fontos tudományos eredményekre is szükség volt ehhez az új felfedezéshez.” [1]

Az EHT friss megfigyelési eredményei a program egy korábbi, 2019-es sikerét szárnyalják túl, amikor a Messier 87 katalógusjelű galaxis középpontjában lévő M87* elnevezésű, tőlünk az Sgr A*-nál jóval távolabb lévő óriás fekete lyukról közöltek lenyűgöző felvételt.

A két fekete lyuk megjelenése figyelemreméltóan hasonlít egymáshoz, noha a saját galaxisunk középpontjában található képződmény több mint ezerszer kisebb méretű és tömegű az M87*-nál [2]. „Két nagyon eltérő típusú galaxisban van két nagyon eltérő tömegű fekete lyukunk, ám e két fekete lyuk peremének a környezete mégis meglepően hasonlít egymáshoz” – fejti ki Sera Markoff, az EHT tudományos tanácsának alelnöke, a hollandiai Amszterdami Egyetem elméleti asztrofizikusa. – „Ez arról árulkodik, hogy ezeknek az objektumoknak a közvetlen közelében az általános relativitáselmélet az úr, és bármiféle különbség, amit a távolabbi régiók mutatnak, az a fekete lyukak környezetében található anyag különbségeiből származik.”

Az eredmény megfigyelési anyagának feldolgozása lényegesen nagyobb technikai kihívást jelentett, mint az M87* lefényképezése, annak ellenére, hogy az Sgr A* jóval közelebb van hozzánk. Ennek okát Chi-kwan („CK”) Chan, az EHT kutatója, a Steward Obszervatórium és az Arizonai Egyetem Csillagászati tanszékének és Adattudományi intézetének munkatársa magyarázza el: „A gáz ugyanolyan gyorsan, közel fénysebességgel mozog mindkét fekete lyuk, az Sgr A* és az M87* környezetében is. Ám míg az M87* esetében napokig vagy akár hetekig is eltart, amíg az anyag megkerüli a centrumot, addig a jóval kisebb Sgr A* körül egy keringés csupán percekig tart. Így aztán az EHT észleléseinek tartama alatt a gáz fényessége és szerkezete sokkal gyorsabban változott az Sgr A* körül. Kicsit olyan volt ez a feladat, mint éles fényképet készíteni egy, a saját farkát kergető, izgő-mozgó kölyökkutyáról.”

A csillagászoknak ezért új, minden eddiginél kifinomultabb módszereket kellett kidolgozniuk az Sgr A* körül mozgó gázanyag megfigyeléséhez. Míg az M87* egy könnyebb, nyugodtabb célpontot jelentett, és a róla készült felvételek lényegében mind ugyanúgy néztek ki, ez nem mondható el az Sgr A*-ról. Az Sgr A* összegzett fényképe a fekete lyukról készült egyedi állóképek átlagaként állt elő. Így tárult fel végül a galaxisunk középpontjában megbúvó óriás képe.

Ehhez az áttörést jelentő eredményhez a világ 80 kutatóintézetében dolgozó több mint 300 kutatónak a kreativitására volt szükség, akik közösen alkotják az EHT-együttműködés csapatát. A kutatócsoport tagjai azon túl, hogy bonyolult eszközöket fejlesztettek ki, amelyekkel áthidalhatták az Sgr A* leképezésének nehézségeit, szuperszámítógépeket is bevetve, több éven át dolgoztak az adatok összegzésén és analízisén. Mindeközben ráadásul még egy példátlanul kiterjedt modellgyűjteményt is összeállítottak szimulált fekete lyukakból, hogy a megfigyelés eredményeit azokkal is összevethessék.

Az asztrofizikusok különösen örülnek annak, hogy immár két, egymástól nagyon eltérő méretű fekete lyukról is van felvételük, ami lehetővé teszi a hasonlóságok és különbségek megállapítását. A friss adatok segítségével pedig már a gázok szupernagy tömegű fekete lyukak körüli viselkedésére vonatkozó elméleteket és modelleket ellenőrzik a szakemberek. Ezeket a fizikai folyamatokat még nem ismerik kellő részletességgel, ám a kutatók úgy gondolják, hogy az ilyen anyagáramlásoknak fontos szerepük van a galaxisok kialakulásában és fejlődésében is.

„Most már megvizsgálhatjuk a különbségeket a két szupernagy tömegű fekete lyuk között, ami betekintést nyithat számunkra ezeknek a meghatározó folyamatoknak a működésébe” – magyarázza Keiichi Asada, a tajpeji Academia Sinica Csillagászati és Asztrofizikai intézetének kutatója, az EHT együttműködés tagja. – „Két fekete lyukról van fényképünk, az egyik a legnagyobbak, míg a másik a legkisebbek közé tartozik a világegyetem szupernagy tömegű fekete lyukainak széles méretskáláján. Így minden korábbinál sokkal alaposabban vizsgálhatjuk a gravitáció működését szélsőséges körülmények között.”

Az EHT munkája pedig nem ér véget itt. 2022 márciusában egy újabb nagy, minden korábbinál több távcsőre támaszkodó észlelési kampány zajlott. Az EHT távcsőhálózatának folyamatos bővítése és technikai fejlesztése révén még az eddigieknél is lenyűgözőbb fényképekre, sőt mozgóképekre is számíthatunk a közeljövőben fekete lyukakról.

via csillagaszat.hu