A tavalyi évben egy csapat csillagász lenyűgöző felvételt tett közzé egy fekete lyuk eseményhorizontjáról: a szupernehéz égitest körül kavargó anyag révén a szakértők láthatóvá tették a láthatatlant, vagyis a fényt is elnyelő objektum árnyékát. Az azóta ikonikussá vált kép (lásd fent) a nyolc távcső hálózatából álló Eseményhorizont Teleszkóp (EHT) egy hétnyi megfigyelési adataiból készült 2017-ben.

Az EHT hálózata ugyanakkor évek hosszú sora alatt össze jelenlegi formájába, és mielőtt teljessé vált volna az elrendezés, a már rendelkezésre álló műszerekkel a kutatók korábban is többször megfigyelték ugyanezt a fekete lyukat. Ezen megfigyelések során ahhoz ugyan nem sikerült elég adatot összegyűjteni a tavalyihoz hasonló, híressé vált fotóhoz hasonlók készüljenek, de korlátozottan ezen információk elemzése nyomán is lehetséges vizsgálni, hogyan viselkedett a megfigyelések idején a fekete lyuk körüli anyag.

Egy csillagászcsoport pontosan ezt tette, és a munka eredményeként két nagyon érdekes dologra jöttek rá:

Gigászok és galaxisok

De haladjunk sorban: a már említett felvétel az M87* nevű fekete lyuk árnyékát és akkréciós korongját ábrázolja, amely az M87 nevű gigantikus, elliptikus galaxis központjában foglal helyet. Utóbbi a Virgo-halmaz legfényesebb galaxisa, és nagyjából 55 millió fényévre található a Földtől.

A csillagrendszer központi fekete lyuka azzal érdemelte ki a szupernehéz jelzőt, hogy tömege 6,5 milliárdszorosa a Napénak. Az objektum eseményhorizontja, vagyis az a határfelület, amelyen áthaladva már a fény sem képes elszökni az égitest vonzásából, nagyjából 40 milliárd kilométer átmérőjű, ami körülbelül ötszöröse a Neptunusz pályaátmérőjének. Vagyis egy minden szempontból gigantikus fekete lyukról van szó.

55 millió fényév távolságból persze egy ilyen gigász is aprócskának tűnik. Ezért is állították üzembe az Eseményhorizont Teleszkópot, amely a Föld különböző pontjain található távcsöveket egy rendszerbe kapcsolva olyan elképesztő felbontású képeket szállít, mintha egyetlen, bolygónyi méretű távcsővel dolgoznának a szakértők. Egy ilyen hálózat megfigyelési adatainak összesítése ugyanakkor rendkívül összetett és nehéz feladat, ezért is telt bele két évbe, mire az első képet közzétették a kutatók.

Egy fekete lyuk portréja

A kérdéses fotón egy fényes gyűrű látható, amely a fekete lyuk körül keringő, annak eseményhorizontja felé zuhanó anyagot ábrázolja. Ez egy úgynevezett akkréciós korongot formál az objektum körül, amelynek anyaga rendkívüli módon felforrósodik, ahogy a szupernehéz égitest felé tart, így megfelelő eszközökkel a Fölről is látható fényt bocsát ki.

A korong képét egyúttal rendkívüli módon torzítja az erős gravitáció. Bár a valóságban egy, a Szaturnusz gyűrűrendszeréhez hasonló, sík képződményről van szó, megfigyelőként nem ilyennek látjuk a hasonló rendszereket. Ha közelebbről lenne alkalmunk megtekinteni egy ilyen rendszert, és jobban kirajzolódnának a részletek, az akkréciós korong megfigyelő felé eső oldalában nem lenne semmi szokatlan, hiszen az innen a szemünkbe érkező fotonok egyenesen felénk távoznak a gravitációs kútból, így ennek az ívnek a képe nem torzulna. A hátsó ív azonban felül és alul is megjelenne a a képen, ráadásul úgy, mintha merőleges lenne a felénk eső ívre.

Ennek oka, hogy a fekete lyuk a hátsó ív fényét 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.

Változó fények

Az M87* akkréciós korongja a megfigyelések alapján nagyjából 100 milliárd kilométer átmérőjű. Ezt az anyaggyűrűt a szakértők az EHT összeszerelésének kezdetei, vagyis 2009 óta rendszeresen monitorozták, ahogy már említettük, a teljes EHT-rendszernél kevesebb számú műszerrel. A begyűjtött adatok alapján pedig modellezték a megfigyelési adatokat, mégpedig olyan módon, hogy azok összevethetők legyenek a rendszerről készült 2017-es, teljes képpel.

Így gyakorlatilag képesek voltak megfigyelni, hogyan változik a fekete lyuk környezete ez alatt a pár év alatt, ami csillagászati lépétékben mérve egészen minimális idő. A kutatók meglepetésükre az eltelt rövid idő ellenére is találtak változásokat. A gyűrű fizikai mérete és az árnyék nagysága nem változott, ami megnyugtató, hiszen összhangban van a kurrens elméleti modellekkel.

A gyűrű fényessége ugyanakkor jelentős változásokon ment át 2009 óta, ráadásul a legnagyobb fényességű rész pozíciója is változni látszik az adatok alapján. Hogy pontosan mi történt, azt a hiányos információk miatt nehéz megmondani, de minden azt sugallja, hogy az elmúlt 10 éven belül megváltozott, hogy a gyűrűnek melyik része a legfényesebb a Föld irányából nézve.

A korongban komoly turbulenciák vannak, ahogy a gáz a fekete lyuk felé áramlik. Az anyag olyan intenzív és komplex erőhatásoknak van kitéve, amelyek rendkívül bonyolulttá teszik a mozgását, így könnyen elképzelhető, hogy a legfényesebb folt valóban elvándorolt a helyéről az évek során. Ezt a mozgást ráadásul a fekete lyuk forgása is elősegítheti, amely szintén hatással van a korongra.

***

A szakértők a rendelkezésre álló adatok alapján egyelőre nem tudják pontosan megmondani, hogy mit látnak, és azt hogy az minek a hatására történhet. Innen pedig világos a további irány: újabb és teljesebb megfigyelésekre van szükség. Ilyeneket 2017 óta folyamatosan végeznek, 2021-től pedig még nagyobb felbontással működik tovább a EHT rendszere. Remélhetőleg ezen adatok révén pár éven belül tisztább képet kaphatunk arról, hogy mi folyik az M87 galaxis szívében. És az új fotókkal talán a fekete lyuk pólusai mentén formálódó, relativisztikus anyagsugarakról is képet kaphatunk, közelebb jutva egy másik rendkívül érdekes, de szintén kevéssé értett jelenség megértéséhez.