Fekete lyukak

Fekete lyukak

A fekete lyuk fogalma Einstein általános relativitáselméletéből született, de csak az utóbbi időkben keltett szélesebb körű érdeklődést. 

A fekete lyukat gyakran festik le iszonyú hatalmú erőként, amely mindent elpusztít és összezúz maga körül. 

Ez azért nem teljesen igaz – a Világegyetem nagy szerencséjére.

Nyugodtan mondhatjuk, hogy a fekete lyuk minden ismert dolgok legkülönösebbike. 

Elméleti úton már csaknem egy évszázada megjósolták, s az elmúlt harminc évben megfigyelésekkel is meggyőző módon igazolták létezését. 

Ennek ellenére a  fekete lyukak valós természetéről nincs (sok) információnk. A megfigyelő csillagászat elsődleges információforrása ugyanis az elektromágneses sugárzás: a gamma- és röngtenfotonoktól kezdve a látható fény tartományán át egészen a rádióhullámokig.

A fekete lyukakról azonban köztudott, hogy olyan erős gravitációs potenciállal bírnak, amelyből semmi nem szabadulhat – még a fény sem. Egy olyan objektum, amelyről nem érkezik semmiféle sugárzás, az egyszerűen nem látszik, vagyis nem vagyunk képesek közvetlenül megfigyelni.

A fekete lyukak felfedezése

Az első sejtések – bár akkor még nem fekete lyukaknak nevezték ezeket az égitesteket –  már a 18. században megfogalmazódtak.

A geológus John Michell a londoni Royal Societynek írott levelében felvetette, hogy egy, a Napnál félezerszer nagyobb tömegű csillag oly erős gravitációt gerjesztene, amely már fényt sem engedné elszökni. Michellnek a korszak természettudósai adtak ihletet azzal, hogy kiderítették: a fény sebessége véges és állandó, és értékét is megmérték.

 

 

 

 

James Bradley, a harmadik Királyi Csillagász számította ki elsőként a fény ma is helyesként elfogadott sebességét. 1728-ban Greenwichben különös, mindössze két századfoknyi elmozdulást észlelt a csillagok helyzetében.  Először azt hitte, csillagparallaxist figyelt meg, de hamar rájött, hogy az összes megfigyelt csillagnál azonos szög értékű az eltolódás.

Ekkor állt elő Bradley azzal az elképzeléssel, hogy az elmozdulást a fény véges sebessége okozhatja. Mint ahogy záporban sétálva, kissé előre kell döntenünk az esernyőnket, mert saját mozgásunk miatt a vízcseppek látszólag nem függőlegesen, hanem átlósan hullanak, neki is meg kellett döntenie kicsit teleszkópját, hogy ellensúlyozza a Föld mozgását a világűrben. 

A szükséges dőlésszögből aztán ki tudta számítani a fény Földhöz viszonyított sebességét: nagyjából 300 000 kilométer/másodperc értéket kapott. 

Bradley eredményei és a newtoni gravitációs elmélet alapján Michell becsléssel is szolgált arra, hogy milyen tömegű testen éri el a szökési sebesség, a fény sebességét – így kapta az ötszázszoros naptömeget.  Elgondolása nagy vitát kavart, a csillagászok végül Newton törvényei alapján arra a nézetre jutottak, hogy a gravitációs mező nem hathat a fényre, következésképpen a fény mindig el tudja hagyni az égitestet, bármilyen nagy legyen is annak gravitációja.

A kérdést közel kétszáz évig nem bolygatta senki, de 1915-ben Einstein előállt általános relativitáselméletével, és bebizonyította, hogy a gravitáció valóban hat a fényre . 

 

 

 

 

 

 

 

Alig két hónappal Einstein írásának megjelenése után Karl Schwarzschild német matematikus Einstein teóriáját alapul véve megállapította: elvben lehet olyan nagy sűrűségű egy égitest, hogy „gravitációs fénycsapdává” válik.

 

 

 

 

 

 

A határméretét – ma ezt Schwarzschild-sugárnak nevezzük határozza meg. Egy, a Földével azonos tömegű fekete lyuk Schwarzschild-sugara csupán pénzérményi, míg egy több milliárd naptömegnyi anyagot tartalmazó fekete lyuk akkora lenne, mínt a Naprendszer. Ha bármely objektum, tehát akár a fény a Schwarzschild-sugáron – azaz az „eseményhorizonton”- belül kerül, többé nem szökhet meg. 

A csillagászok kénytelenek voltak elfogadni: létezhetnek fekete lyukak.

De hogyan figyeljenek meg valamit, ami se fényt, se más sugárzást nem bocsát ki?

A megoldásra az 1970-es évek elejéig kellett várni, amikor a világűrbe juttatott első röntgenteleszkópok rendkívül nagy erejű röntgenforrást fedeztek fel a Cygnus (Hattyú) csillagképben, a Földtől 8 ezer fényévnyire. Alapos elemzések után szakemberek arra a megállapításra jutottak, hogy a sugárzást egy szuperforró gázfelhő bocsátja ki, amely egy fekete lyuk körül kering. Az iszonyatosan erős gravitációs mező fölgyorsítja az eseményhorizonton túl lévő gáztömeget, amely több millió Celsius-fokosra hevül, és röntgensugárzást bocsát ki. Azóta jó néhány fekete lyukat sikerült megfigyelni „táplálkozás” közben az égitest tömege van olyan, amelyik kísérő csillagát szaggatja szét.  

A HDE 226868 jelű kék szuperóriáscsillag tömege nagyjából harmincszorosa, fénye négyszázezerszerese a Napénak. A vele szomszédos, a Napnál „csak” öt-tízszer nagyobb tömegű fekete lyuk gravitációs mezeje olyan erős, hogy tojásdad alakúra torzítja a kék Szuperóriást, és mohón szívja magába annak gázait. A csillagból származó gáz rövid ideig spirálpályán kering a fekete lyuk körül, ez egy úgynevezett akkréciós korongot hoz létre. Az örvényben a mágneses mezők a gáz egy részét sugarakba gyűjtik össze, amelyek mintha a semmiből lövellnének ki az űrbe. A gáz java részét azonban örökre elnyeli a fekete lyuk – valahogy úgy, ahogy a mosdó lefolyója az örvénylő vizet.

Stephen Hawking 1970 és 1974 között aktívan foglalkozott a fekete lyukakkal. 28 évesen jött rá, hogy a „nagy bumm” elméletének és a „mindenség elméletének” kulcsa a fekete lyukak vizsgálatában rejlik.

A fekete lyuk eseményhorizontjának közelében vizsgálva a részecske-antirészecske párokat, úgy találta, hogy a részecskepárok közül a negatívat elnyeli a fekete lyuk, de a pozitív kisugárzódik. Korábban senki sem feltételezte, hogy a fekete lyuk sugározhat is, igaz e sugárzás nem a lyukból származik, hanem az „eseményhorizontból”. Ezt a sugárzást „Hawking-sugárzásnak” nevezik.

A fogadás

Az anyagot véglegesen elnyelő fekete lyukak elméletét John Preskill fizikus támadta 1997 óta, mert szerinte az ellentmond a kvantummechanika szabályainak. Végül fogadást kötöttek a vitás kérdésről. 2004-ben egy dublini konferencián Hawking bejelentette, hogy elvesztette a fogadást, és visszavonta a fekete lyukakról szóló azon nézetét, miszerint az anyag elvész benne, és egy párhuzamos univerzumba jut. A New Scientist-nek adott interjúban úgy nyilatkozott, hogy legnagyobb tudományos baklövése volt korábbi elmélete.

Habár Hawking lehetségesnek tartotta a tér meghajlítását és az idő megfordítását, de gyakorlatban a felszabaduló nagy energiák miatt kivitelezhetetlennek tartotta az időutazást. Hogy gyakorlatban is bizonyítsa elméletét, 2009-ben rendezett egy partit időutazóknak, amire a meghívókat 2012-ben töltötte fel az internetre. Videófelvétellel igazolta, hogy azon senki nem jelent meg 2009-ben.

Az első fotó a fekete lyukról

Ötven évvel később a csillagászok kezdték komolyabban venni Schwarzschild elképzelését a „láthatatlan csillag”-ról.

A fekete lyuk („black hole”) kifejezést John Archibald Wheeler tette ismertté egy 1967-es New York-i konferencián, bár ő maga mindig hangsúlyozta, hogy azt valaki más javasolta neki. 1971-ben Wheeler csoportjának számításai azt valószínűsítették, hogy a Cygnus X-1 röntgencsillag egy fekete lyuk körül kering. (valójában maga a Cygnus X-1 egy fekete lyuk).

A LIGO-Virgo együttműködés LIGO detektorai 2015. szeptember 14-én először észlelték két fekete lyuk összeolvadásából származó gravitációs hullámot.

2019. április 10-én az Európai Déli Obszervatórium szakemberei által rendezett konferencián bemutatták a legelső fényképet, amely egy fekete lyukról készült. A képet az Eseményhorizont Távcső (Event Horizon Telescope, EHT) hálózat segítségével készítették és a Messier 87-es óriásgalaxis közepén található szupermasszív fekete lyukat ábrázolja.

Megosztás itt: facebook
Facebook
Megosztás itt: twitter
Twitter
Megosztás itt: email
Email