Egy fekete lyuk anatómiája

Hogy néznek ki a világegyetem legsűrűbb ismert objektumai közelről?

Egy fekete lyuk anatómiája

A kérdés többféleképpen is megválaszolható. Az egyik opció, hogy sehogy – mivel a fekete lyuk elnyeli a fényt, sehogy nem néz ki. És egyébként sem számít, mivel a megfigyelő néhány ezredmásodperc múlva amúgy is halott. A másik, tudományosabb válasz ennél jóval összetettebb és azon alapul, hogy nem kell magunknak megközelíteni a fekete lyukat ahhoz, hogy megfigyeljük, mivel ha az éppen „táplálkozik”, mondjuk egy nagy gázfelhőt fogyaszt el, távolról is megnézhetjük, hogyan fest.

És hogy hogyan fest? Jó sok matematika, fizika és egy jó számítógépes rendszer segítségével valahogy így:

A mellékelt felvételt a NASA tette közzé a fekete lyukak hete (#blackholeweek) alkalmából, és rajta azon furcsa optikai jelenségek modellezése látható, amelyek akkor generálódnak, amikor egy fekete lyuk egy akkréciós korongot formáló gázfelhőt keringet és emészt fel. A szimuláció olyan látványosra és pontosra sikerült, hogy mindenképp megér egy mélyebb elemzést. Lássuk tehát, hogy mit látunk, belülről kifelé haladva.

Fotonszféra

A központban maga a fekete lyuk foglal helyet, amely a már említett okokból nem látható. Minden fekete lyuk esetében létezik egy olyan határfelület, amelyen belül semmi, a fénysebességgel mozgó fotonok sem képesek elszökni az égitest gravitációja elől. Ez a felület az eseményhorizont, amelyet a sötétség és a fény határa rajzol ki a felvételen.

Illetve nem egészen, a felvételen látható fekete gömb ugyanis egy jóval nagyobb az eseményhorizontnál is. Azok a fotonok ugyanis, amelyek túl közel kerülnek a fekete lyukhoz, és rögtön ugyan nem zuhannak bele, hanem ideiglenesen pályára állnak körülötte, szintén nem jutnak el a megfigyelőhöz. Ez az átmeneti régió a fotonszféra, vagy másként a fekete lyuk árnyéka. A fotonszféra forgó fekete lyuk esetén nagyjából 2,5-ször, nem forgó fekete lyuk esetén 1,5-ször nagyobb az eseményhorizontnál.

Amennyiben képesek lennénk a fekete lyukat a fotonszférán belülről megfigyelni (és nem tépne szét minket a rendkívüli gravitáció), ha egyenesen előre néznénk, megpillanthatnánk a saját tarkónkat. Az arról visszaverődő fotonok ugyanis pályára állnának a fekete lyuk körül, és ilyen zavarba ejtő módon érnék el a szemünket.

A fotonszférán kívül ugyanakkor már nem áll fenn az a tétel, miszerint a fény sem szökhet el a fekete lyuk közeléből. Ezen a határon túl a fotonok képesek távozni a rendszerből, bár a sajátos környezet komoly hatással van viselkedésükre. Ahogy a szimuláción látható, a fotonszférán kívül először egy keskeny gyűrű, a fotongyűrű tűnik fel. Ennek fényét azok a fotonok szolgáltatják, amelyek éppen csak a fotonszféra határa mentén keringenek, néhányszor megkerülve a fekete lyukat, mielőtt távoznának annak közeléből.

Galéria megnyitása

Térgörbületek

Az ezen kívüli sötét, üres sáv oka, hogy a fotonszférától ennél távolabb haladó fotonok csak áthúznak a rendszeren: irányukat ugyan jelentősen módosíthatja a fekete lyuk gravitációja, de annyira nem, hogy felénk irányuljanak, így semmit sem látunk belőlük. A sötét sávon túl aztán maga az akkréciós korong látszik, ami azonban szintén elég kaotikusan fest a szimulációban.

A korong maga a valóságban tényleg egy sík képződmény, vagyis olyan, mint a Szaturnusz gyűrűrendszere, az általa kibocsátott fény azonban nagyon különösen viselkedik. A fekete lyuk megfigyelő felőli oldalán még nagyjából normálisnak tűnnek a dolgok: az a fény, ami innen érkezik a szemünkbe, egyenesen távozik a gravitációs kútból, így nem torzult. Ahogy azonban jobbra haladunk rajta, egyszer csak felfelé hajlik, és egy ívet képez a fekete lyuk felett.

Ez az ív a valóságban a korong túlsó fele, amelyet egy kisebb tömegű égitest esetén nem látnánk. A fekete lyuk azonban a korong hátsó ívének fényét részben úgy hajlítja meg, hogy abból a megfigyelő irányába is jut, így ezt az ívet is láthatjuk.

Ráadásul rögtön kétszer is, az akkréciós korong túlsó ívének felső részéről származó fény ugyanis a torzulások miatt egy felső ívet formál, az alsó részről származó fény pedig egy alsó ívet. Ez jelen esetben kisebbnek tűnik a felső ívnél, de a pontos méretarányok attól függenek, hogy milyen szögből látunk rá a rendszerre. Ezt szemlélteti a videón a látószög megváltoztatása, amely révén gyakorlatilag körbejárhatjuk a fekete lyukat.

Galéria megnyitása
Az M87 fekete lyukának képe

Nyalábok

A szimuláció utolsó lényeges pontja, hogy abban az akkréciós korongban mozgó gáz az óramutató járásával ellenkező irányba kering. Ennek szintén van következménye, ahogy a felvételen látható, a korong bal oldala fényesebb a jobb oldalnál. Ez az úgynevezett relativisztikus nyalábozás egy létező hatás, amely a fekete lyuk körül nagy sebességgel keringő anyag nyomán lép fel.

Ha egy égő villanykörtét magunk elé tartunk, a fény gömb alakban terjed ki a tér minden irányába. De ha ugyanez a villanykörte közel fénysebességgel haladna, a fény látszólag nyalábot alkotna, amely a haladási irányba mutat, mintha egy zseblámpát irányítottunk volna arra.

Ez történik a fekete lyuknál is: a korong azon részei, amelyek a forgás miatt felénk tartanak, fényesebbnek tűnnek, mivel innen több fény jut el a megfigyelőhöz. A másik irányba tartó részek ugyanakkor halványabban, mert innen kevesebb foton érkezik. A gázkorong bal oldali része tehát azért fényesebb, mert forgás közben felénk tart, míg a korong jobb oldala a távolodó mozgás miatt halványabbnak tűnik.

***

Ha a szimuláció ismerősnek tűnik, az nem véletlen. Egyrészt az Interstellar (Csillagok között) című filmben is feltűnt egy hasonlóan ábrázolt fekete lyuk, amelyet Kip Thorne és kollégái modelleztek, elsőként dolgozva ki a fekete lyukak ilyen típusú szimulációját. Másrészt a több rádiótávcső hálózatából álló Eseményhorizont Teleszkóp nemrégiben először készített felvételt egy fekete lyuk fotonszférájáról, az 55 millió fényévre található M87 galaxis központi égitestjéről. Az a kép nagyon hasonló szerkezetet mutat, igaz, sokkal elmosódottabban, de ahogy telik az idő, és pontosabbá válnak a megfigyelések és a műszerek, a követkető években várhatóan egyre tisztábbá válik a kép.

Galéria megnyitása
Az Interstellar fekete lyuka

Egy dolog a szimuláció alapján világos lehet: a fekete lyukak nagyon furcsa objektumok, és nagyon különleges környezetet teremtenek maguk körül, ami arra is komoly hatással van, hogyan látszanak a megfigyelők számára. Az utóbbi évek során azonban egyre pontosabb modellek készülnek azzal kapcsolatban, mit is kellene látnunk, ha egy aktív fekete lyukra nézünk. Az Eseményhorizont Teleszkóp felvételei pedig a következő időszakban remélhetőleg egyre inkább alátámasztják ezeket a modelleket és a hozzájuk kapcsolódó teóriákat is.

Neked ajánljuk

Kiemelt
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
0% THM
{{ product.displayName }}
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap