Az Eseményhorizont Teleszkóp (Event Horizon Telescope, EHT) együttműködés keretében készült új felvétel erős és komplex mágneses mezőket tárt fel, amelyek spirálisan indulnak ki a Sagittarius A* nevű szupernehéz fekete lyuk pereméről. A Tejútrendszer szívében megbúvó gigantikus égitest polarizált fényben készült új képe feltűnően hasonló mágnesesmező-szerkezetet mutat, mint ami az M87 galaxis középpontjában lévő fekete lyukra jellemző.
Ez azt sugallja, hogy az erős mágneses mezők minden fekete lyuk esetében hasonlóak lehetnek. A két égitest között feltárt közös vonásokból ráadásul úgy tűnik, hogy a Sagittarius A*-nak is lehet egy anyagsugara, vagyis relativisztikus jetje, amelyet azonban egyelőre nem látunk. Az eredményeket a napokban tették közzé a szakértők The Astrophysical Journal Letters című folyóirat oldalain.
Spirális kavalkád
A kutatók 2022-ben tették közzé az első képet a Földtől mintegy 27 ezer fényévre lévő Sagittarius A*-ról. Ez alapján kiderült, hogy bár a Tejútrendszer szupernehéz fekete lyuka több mint ezerszer kisebb méretű és tömegű, mint az M87 galaxisé, a két égitest mégis feltűnően hasonlóan néz ki. Ez arra késztette a szakértőket, hogy elgondolkodjanak azon, vajon a kinézetükön kívül vannak-e más közös vonásaik is. Hogy ezt kiderítsék, a harvardi kutatócsoport úgy döntött, hogy polarizált fényben vizsgálja a Sagittarius A*-ot. Az M87* körüli fény korábbi vizsgálataiból kiderült, hogy a fekete lyuk körüli mágneses mezők erőteljes anyagsugarakat formálnak az űr felé. Erre a korábbi munkára építettek most a szakértők, és az új képekből az derül ki, hogy ugyanez igaz lehet a Sagittarius A*-ra is.
„Amit látunk, hogy a Tejútrendszer középpontjában lévő fekete lyuk közelében erős, spirális és szervezett mágneses mezők vannak”
– mondja Sara Issaoun, az Asztrofizikai Központ NASA Hubble-ösztöndíjprogramjának Einstein-ösztöndíjasa, a Smithsonian Asztrofizikai Obszervatórium (SAO) asztrofizikusa és a projekt társvezetője. „Azzal együtt, hogy a Sagittarius A* feltűnően hasonló polarizációs struktúrával rendelkezik, mint ami a sokkal nagyobb és erősebb M87* fekete lyuknál megfigyelhető, megtudtuk, hogy az erős és rendezett mágneses mezők döntő fontosságúak abban, hogy a fekete lyukak hogyan lépnek kölcsönhatásba a körülöttük lévő gázzal és anyaggal.”
A fény egy oszcilláló elektromágneses hullám, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a tárgyakat lássuk. Néha a fény egy preferált orientáció szerint oszcillál, és ezt polarizáltnak nevezzük. Bár a polarizált fény körülvesz minket, az emberi szem számára megkülönböztethetetlen a normál fénytől. A fekete lyukak körüli plazmában a mágneses mezők erővonalai körül örvénylő részecskékre a mezőre merőleges polarizációs mintázat jellemző. Ez lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy egyre nagyobb részletességgel tárják fel, mi történik a fekete lyukak közvetlen közelében, és feltérképezzék mágneses mezők erővonalait.
„A fekete lyukak közelében lévő forró, izzó gáz polarizált fényének leképezésével közvetlenül következtethetünk a mágneses mezők szerkezetére és erősségére, amelyek átszövik a fekete lyuk felé hulló és abból kivetett gáz- és anyagfolyamot”
– mondja Angelo Ricarte, a Harvard Black Hole Initiative (Fekete Lyuk Kezdeményezés) ösztöndíjasa és a projekt társvezetője. „A polarizált fénynek köszönhetően sokkal többet tudhatunk meg az asztrofizikáról, a gáz tulajdonságairól és a fekete lyuk táplálkozása közben lejátszódó mechanizmusokról.”
Izgő-mozgó célpont
A fekete lyukak polarizált fényben való leképezése persze nem olyan egyszerű, mint egy polarizált napszemüveget felvenni, és ez különösen igaz a Sagittarius A*-ra, amely rendkívül gyorsan változik, hogy egy pillanatra sem marad nyugton a fényképezéshez. A szupernehéz fekete lyuk leképezéséhez így kifinomult eszközökre van szükség, amelyek meghaladják azokat, amelyeket korábban az M87*, egy sokkal stabilabb célpont megörökítéséhez használtak.
Ahogy Paul Tiede, az Asztrofizikai Központ posztdoktori munkatársa és az SAO asztrofizikusa elmondta: „Már az is izgalmas, hogy egyáltalán sikerült polarizált képet készíteni a Sagittarius A*-ról. Az első felvétel elkészítéséhez hónapokig tartó kiterjedt elemzésre volt szükség, hogy megértsük a dinamikájának természetét és feltárjuk a jellemző szerkezetét. A polarizált kép elkészítése tovább fokozta a fekete lyuk körüli mágneses mezők dinamikájának megértése jelentette kihívást. A modelljeink gyakran erősen turbulens mágneses tereket jósoltak, ami rendkívül megnehezítette a polarizált kép elkészítését. Szerencsére a mi fekete lyukunk sokkal nyugodtabb a modelleknél, ami lehetővé tette az első kép elkészítését.”
A szakértők rendkívül izgatottak, hogy immár mindkét alaposabban vizsgált szupernehéz fekete lyukról polarizált fényben készült felvételek állnak rendelkezésükre. Ezek a képek és a hozzájuk tartozó adatok új lehetőségeket kínálnak a különböző méretű és tömegű fekete lyukak összehasonlítására és vizsgálatára. Ahogy a technológia fejlődik, a képek valószínűleg még több titkot fognak felfedni ezekről a rejtélyes égitestekről, azok hasonlóságaival és különbségeivel együtt.
Ahogy Michi Bauböck, az Illinois-i Egyetem posztdoktori kutatója elmondta, az M87* és a a Sagittarius A* kevés dologban különbözik egymástól, de azok annál fontosabbak: az M87* sokkal nagyobb, és sokkal gyorsabban vonzza be az anyagot a környezetéből. Így azt várhattuk volna, hogy a mágneses mezők is nagyon különbözőnek tűnnek. Ebben az esetben azonban kiderült, hogy meglehetősen hasonlóak, ami azt jelentheti, hogy ez a struktúra minden fekete lyuknál közös lehet.
A fekete lyukak közelében lévő mágneses mezők jobb megértése számos nyitott kérdés megválaszolásában segíthet – a jetek formálódásának és kilövésének módjától kezdve egészen addig, hogy mi generálja az infravörös és röntgenfényben látható fényes kitöréseket.
Ez csak a kezdet
Az EHT-vel 2017 óta számos megfigyelést végeztek, és a tervek szerint 2024 áprilisában ismét vizsgálni fogják a Sagittarius A*-ot. A felvételek minden évben jobb minőségűek, ahogy az EHT új távcsövekkel, nagyobb sávszélességgel és új megfigyelési frekvenciákkal bővül. A következő évtizedre tervezett fejlesztések lehetővé teszik majd a Sagittarius A* nagy pontosságú videóra vételét, felfedhetik a rejtett jet(ek)et, és azt is, hogy más fekete lyukak polarizációs jellemzőit is megfigyeljék a csillagászok.
És közben az EHT kezdeményezés űrbe történő kiterjesztése is megvalósul majd, ami után minden eddiginél élesebb képeket kaphatnak a szakértők a fekete lyukakról.
A harvardi Asztrofizikai Központ több nagyszabású projektben is részt vesz az EHT képeinek élesebbé tétele érdekében a következő évtizedben. A következő generációs EHT (next-generation EHT, ngEHT) projekt az EHT átfogó korszerűsítése, amely során még több új rádiótávcsövet vonnak be a kezdeményezésbe. Ezen túl egyre több hullámhossz-tartományban terveznek egyidejű megfigyeléseket végezni, és más megoldásokkal is növelik a rendszer érzékenységét. Az ngEHT révén lesz az is lehetséges, hogy a szupernehéz fekete lyukakról mozgóképeket is készítsenek. Ezek a videók részletesen feltárják majd az eseményhorizont közelében jellemző szerkezetet és dinamikát, és segíthetnek megérteni az általános relativitáselmélet által megjósolt erős gravitációs jellemzőket, valamint az akkréciót és a relativisztikus jetek kilövellésének folyamatát.
Az EHT egy másik nagy újítása, a Black Hole Explorer (Fekete Lyuk Felfedező, BHEX) nevű küldetés pedig a tervek szerint az űrbe is kiterjeszti majd az EHT-t, a csillagászat történetének legélesebb képeinek elkészítését téve lehetővé. A BHEX révén a szakértők reményei szerint a fekete lyukak körüli fotongyűrű leképezése is megvalósul majd: ez egy vékony fénygyűrű, amely olyan fotonoktól áll, amelyek a fekete lyuk körül keringenek, de már a határán vannak, hogy elszökjenek az űrbe.
A fekete lyuk tulajdonságai meghatározóan befolyásolják a fotongyűrű méretét és alakját, így ha ezeket sikerülne rutinszerűen észlelni, azzal több tucat fekete lyuk tömeg- és forgási adatai tárulnának fel. Ezekből pedig az is kiderülne, hogyan növekednek ezek a különös objektumok, és milyen kölcsönhatásban vannak galaxisaikkal.
