Két csillag tánca teheti próbára Einstein elméletét

A csillagászok egy ideje már tisztában vannak azzal, hogy létezik egy csillag, amely nagyon közel kering a galaxisunk középpontjában található szupermasszív fekete lyukhoz. 

Két csillag tánca teheti próbára Einstein elméletét

1. oldal

A csillagászok egy ideje már tisztában vannak azzal, hogy létezik egy csillag, amely nagyon közel kering a galaxisunk középpontjában található szupermasszív fekete lyukhoz. Nemrégiben azonban egy újabb ilyen égitestre bukkantak, amely ráadásul még egy fokkal közelebbi pályán kering. Andrea Ghez, az UCLA csillagászának elmondása szerint ezen két csillag rövid periódusú tangójának megfigyelése révén a kutatók pontosabb képet alkothatnak a téridő görbülésének hatásairól, és talán végre megtudhatják, hogy Einsteinnek tényleg igaza volt-e abban, hogy a fekete lyukak képesek ilyen görbületeket okozni.

Óriási dolog, hogy két olyan csillagot is sikerült felfedeznünk, amelyek egy emberöltőnél rövidebb idő alatt kerülik meg galaxisunk központi objektumát, mondja Ghez. Mozgásuk révén fény derülhet arra, hogyan alakul a téridő geometriája a fekete lyukak közelében. Ilyen mérést pedig lehetetlen lett volna egyetlen csillag mozgása alapján megejteni, teszi hozzá a kutató.

A Tejútrendszer középpontjában helyet foglaló szupermasszív fekete lyuk viszonylagos közelségében majdnem háromezer csillag található, ezek többségének keringési ideje azonban meghaladja a hatvan földi évet. A csillagászok 1995 óta vizsgálják az S0‒2 katalógusjelű csillagot, amely 16 év alatt ér körbe pályáján. (Az elnevezésben található S a Sagittarius, magyarul Nyilas csillagképre utal, mely konstelláció a galaxis központi területeit foglalja magába.) A különleges égitest kozmikus táncpartnere, az S0‒102 jelű csillag keringési ideje mindössze 11 és fél év, ezzel az égitest a legrövidebb periódusidejű ismert csillag galaxisunkban.

A fekete lyukak olyan égitestek, amelyek esetében a felszínre vonatkoztatott szökési sebesség meghaladja a fény sebességének értékét. Ilyen objektum akkor keletkezik, ha egy bizonyos véges tömeg egy gravitációs összeomlásként emlegetett folyamat során egy kritikus értéknél kisebb térrészbe tömörül össze. A fekete lyukakat körülvevő térrészben a gravitáció olyan erős, hogy onnan sem az anyag, sem a fény nem tud elszökni. Ennek a gömb alakú térrésznek a határfelületét nevezik eseményhorizontnak, sugarát pedig Schwarzschild-sugárnak.

Elsőként Jon Michell brit természetfilozófus vetette fel 1783-ban, hogy Newton gravitációs elméletét véve alapul elvileg létezhet olyan nagy tömegű és kis méretű csillag, amelynek felszínéről semmi sem tud elszakadni. Számításai szerint, ha egy ilyen égitest a Nap sűrűségével rendelkezik, akkor sugarának 486-szor, tömegének pedig 120 milliószor annyinak kellene lennie, mint a Nap hasonló mutatói.

Karl Schwarzschild német csillagászt tekinthetjük a fekete lyukak történetének következő meghatározó alakjának. A kutató már 1900-ban azt fejtegette egy tanulmányában, hogy a tér nem egy háromdimenziós doboz, hanem a gravitáció által torzított, görbült valami. Einstein 1905-ben nagyon hasonlóan fogalmazott ezzel kapcsolatban. Schwarzschild aztán 1916-ban megoldotta Einstein relativitáselméletét, és tisztán matematikai úton levezette, hogyan képzelhető el egy olyan égitest, amelynek közeléből a fény sem tud távozni. Neki köszönhetjük az eseményhorizont fogalmát is, bár ő maga nem hitt abban, hogy a valóságban létezhet ilyen égitest.

Fél évszázad telt el, mire a csillagászok komolyabban kezdtek foglalkozni Schwarzschild láthatatlan csillagaival. Maga a fekete lyuk elnevezés egy 1967-es konferencián John Archibald Wheeler szájából hangzott el először, bár saját bevallása szerint valaki más volt a név kiötlője. Wheeler és kutatótársai azonosították az első fekete lyukat is: 1971-ben igazolták, hogy a Cygnus X‒1 elnevezésű röntgenforrás egy olyan bináris rendszer, amelynek egyik komponense egy fekete lyuk, a másik tagja pedig egy nagytömegű, forró szuperóriás csillag.

1998-ban Andrea Ghez kutatócsoportja igazolta elsőként, hogy a Tejútrendszer középpontjában, nagyjából 26 ezer fényévnyire a Földtől egy 400 millió naptömegű fekete lyuk található, véget vetve téve ezzel a csillagász szakmát negyed évszázada megosztó vitának.

 

2. oldal

A fekete lyukakat tehát közvetlenül nem lehet észlelni, csak a körülöttük elhelyezkedő anyag vagy az égitestek rejtélyes viselkedése mutatja, hogy valaminek kell lennie az adott területen, magyarázza Ghez. Einstein általános relativitáselmélete azonban azt állítja, hogy ezeken a helyeken maga a tér és az idő is görbül, vagyis másként kezd viselkedni, mint ahogy megszoktuk.

Ezt az elméletet mindeddig még sohasem volt lehetőség egy tényleges fekete lyukon tesztelni, az újonnan felfedezett csillag azonban most esélyt ad erre, vélik a szakértők. A csillagpáros viselkedése révén olyan kérdésekre kaphatunk választ, mint például hogyan változik egy fekete lyuk mérete az idők folyamán, vagy éppen milyen szerepet tölt be egy szupermasszív fekete lyuk egy-egy galaxis életében. „Ez egyáltalán nem egy olyan környék, amely barátságosnak tűnhet a csillagok szemszögéből” ‒ mondja Ghez. „Meglepő módon azonban úgy tűnik, hogy a fekete lyukak talán közel sem olyan ellenségesek a hozzájuk közeli égitestekkel, mint ahogy azt korábban véltük.”

A kutatócsoport 17 éve figyeli a Tejútrendszer központi régióit a Hawaii-szigetek Mauna Kea vulkánjának tetején, 4194 méteres magasságban található Keck Obszervatórium távcsöveivel. A Keck I 1993 óta működik, és a jelenleg használatban lévő harmadik legnagyobb tükrös távcső. Átmérője tíz méter, és 36 darab hatszög alakú szegmensből áll, melyek mindegyike külön állítható. Ez a távcső volt a szegmentált technológia prototípusa.

A Keck II 1996-ban lett kész, és 2001 óta képes együttes működésre a két távcső. Közösen egy 85 méter bázistávolságú optikai interferométert alkotnak. Az ilyen rendszerek lényege, hogy a megfigyelt objektumról beérkező fénysugarak először az egyes teleszkópok tükreiről verődnek vissza, majd egy speciális eszközhöz irányítódnak, amely kompenzálja a különböző távcsövekből beérkezett fények időbeli eltéréseit, és egyetlen sugárrá kombinálja a azokat. Az eredményül kapott kép olyan minőségű lesz, mintha egyetlen gigantikus tükörrel rendelkező távcsövön keresztül történt volna a megfigyelés.

„Nagyon érdekes ezeket a csillagokat pályájuk teljes egésze során megfigyelni, ennek révén nemcsak a fekete lyuk léte bizonyítható minden kétséget kizáróan, de mozgásuk alapján eddig sosem tapasztalt környezetben tesztelhetők a legalapvetőbb fizikai jelenségek is” ‒ mondja a kutató. „Az elliptikus pálya pontos képe utal a fekete lyuk tömegére, és még precízebb mérések révén az is kiderül, hogy milyen eltérések mutatkoznak a tökéletes ellipszishez képet.”

Amikor legközelebb haladnak el a fekete lyuk mellett, a csillagok mozgását befolyásolja a téridő görbülete, és ez észlelhető lesz a megfigyelés során. Az S0‒102-nél 15-ször fényesebb S0‒2 2018-ban közelíti meg legjobban galaxisunk középpontját, így izgalmas évek várnak a szakértőkre. A csillag ekkor az előrejelzések szerint 400 ezer km/órás sebességre fog felgyorsulni. A csillagpályák alakjában jelentkező anomáliák mérése rendkívül precíz megfigyelést igényel. Ghez és kollégái 15 éve tökéletesítik módszereiket, és ez idő alatt elképesztő mértékű előrehaladást tettek annak érdekében, hogy hat év múlva minden mérhető adatot rögzíteni tudjanak.

Az S0‒102 és az S0‒2 ugyanúgy elliptikus pályán kering a galaxis központi fekete lyuka körül, ahogy a bolygók a Nap körül. Háromszáz évvel ezelőtt a bolygók mozgása jelentette Newton gravitációs elméletének végső próbáját, a két csillag mozgása pedig Einstein általános relativitáselméletének legkomolyabb tesztje lehet, mondja Ghez. 

 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward