Az első, fekete lyukról készített fénykép most már videóvá kiterjesztett formában is elérhető

15644

Videót készítettek a tavalyi szenzációs feketelyuk-felvételből, melyen megfigyelhető, hogyan változik a lyuk környezete az évek során. Az M87* szupermasszív fekete lyukról 2019-ben publikálták az Event Horizon Telescope (EHT) kollaboráció felvételét, először lencsevégre kapva egy fekete lyukat. Az EHT kutatócsoportja a megszerzett tudásból építkezve 2009 és 2013 közötti archív mérési adatokat elemzett, melyek némelyike még publikálva sem volt soha. Az eredmények feltárják előttünk a fekete lyuk viselkedésének változásait az évek során; például látható marad egy félholdra emlékeztető árnyék, ami imbolyogni látszik. A teljes tanulmány a The Astrophysical Journal nemzetközi tudományos folyóiratban jelent meg.

Az EHT egy globális távcsőhálózat, amely rádió interferometriával (Very Long Baseline Interferometry – VLBI) végez szinkronizált méréseket egy virtuális, Föld-méretű rádiótávcsövet létrehozva. A technikának köszönhetően olyan nagy felbontású méréseket tudnak végezni, hogy minden gond nélkül követhetnénk például egy holdi biliárdjátszmát is vele. Az M87* fekete lyukat 2009 és 2013 között a korai EHT prototípussal vizsgálták, 2009 és 2012 között három helyszínről, majd négy helyszínről 2013-ban. Az EHT 2017-re érte el végső formáját, ekkorra már öt teleszkópból állt.

A tavalyi képen láthattuk a fekete lyuk árnyékát, melyet a forró, kavargó plazma fényes gyűrűje és az eseményhorizontot kijelölő, sötét központi régió alkotott. Ezeket az eredményeket viszont egy 2017. áprilisi, mindössze 1 hetes mérésből nyerték, ami ahhoz túl rövid, hogy nagyobb periódusidejű változásokat meg lehessen figyelni. A tavalyi eredményekből kiindulva tették fel a kérdést Maciek Wielgus (a tanulmány fő szerzője) és kutatótársai, hogy vajon az archív adatok is hasonló méretű és orientációjú félholdat mutatnának-e?

Az M87* fekete lyukról készített pillanatképek képalkotás, geometriai modellezés és az EHT teleszkóphálózat 2009 és 2017 közötti méréseiből. A gyűrű mérete mindegyik esetben hasonló, de a fényes oldal elhelyezkedése változik. (M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration)

A 2009 és 2013 közötti megfigyelések jóval kevesebb adatot tartalmaznak, mint a 2017-es, így ezekből nem lehet képet készíteni. Az M87* időbeli változásait ezért statisztikai modellezéssel térképezte fel az EHT kutatócsapata. Míg képalkotáshoz nincsen szükség a forrás morfológiájára feltételezéseket tenni, ha modellezéssel közelítjük meg a kérdést, akkor a mérési adatokat geometriai sablonokra illesztik – jelen esetben egy nem egyenletes fényességű gyűrűre. Ezután statisztikai módszerekkel derítik ki, hogy a mérések konzisztensek-e a feltételezett geometriai modellel és így keresik meg a legmegfelelőbbet.

A kutatást a 2009 és 2017 közötti időszakra kiterjesztve sikerült megmutatni, hogy az M87* illeszkedik az elméleti várakozásokhoz. A fekete lyuk árnyékának átmérője konzisztens az általános relativitáselméletben leírt 6,5 milliárd naptömegű fekete lyukkal. A kutatásból kiderült, hogy az általános morfológia, illetve az aszimmetrikus gyűrű valószínűleg éveken keresztül megmarad; a több mérési cikluson keresztül is konzisztens eredmények pedig megerősítik az M87* természetéről, illetve az árnyék eredetéről alkotott elméleteket is.

A megfigyelési adatok és a matematikai modellezés eredményeiből készített képekből összeállított animáció, mely az M87* fekete lyuk változásait mutatja be 2009 és 2017 között. (Event Horizon Telescope Collaboration; gif: Nature)

Habár a gyűrű átmérője többé-kevésbé állandó maradt, az EHT kutatócsoportja mégis meglepő eredményre jutott: a gyűrű imbolyog, ami hatalmas hír. Első alkalommal nyerhettünk apró betekintést egy fekete lyuk eseményhorizontjához ilyen közeli akkréciós áramlás dinamikai szerkezetéről. Az ilyen extrém gravitációs környezetben zajló folyamatok alaposabb tanulmányozása vezethet el például a relativisztikus jetek megértéséhez, vagy az általános relativitáselméletet ellenőrző új kísérletek megalkotásához.

A fekete lyukba hulló gáz több milliárd fokosra hevül, ionizálódik és turbulenssé válik a mágneses térben. Mivel az anyag áramlása turbulens, ezért a félhold idővel imbolyogni látszik. Valójában rengeteg változást látunk és nem minden elméleti akkréciós modell enged meg ennyi imbolygást, így egyes modelleket a megfigyelt dinamika alapján ki lehet zárni.

Numerikus szimulációval készített animáció az M87* fekete lyuk 1 évéről. A félhold fényes oldalának pozíciószögét egy szürke vonallal jelzik. Az animáció egy részére az EHT felbontásának megfelelő mértékben elhomályosítják a képet. Teljes méretben ide kattintva megtekinthető. (G. Wong, B. Prather, Ch. Gammie, M. Wielgus & the EHT Collaboration)

Habár a kép homályos, de megfelel az Einstein általános relativitáselméletében leírt képnek, amit egy fekete lyuk közvetlen környezetéről várunk. Emellett ez volt az első közvetlen bizonyítéka az eseményhorizont árnyékának, a fekete lyukat a környezetétől elválasztó “felületnek” – az ezen belüli térrészből már a fény sem tud kiszökni. A sötét korong az elképesztően forró anyag által kibocsátott fénygyűrűvel együtt látszik. Az, hogy ennek a gyűrűnek egy része fényesebbnek tűnik, nem lepte meg a kutatókat, a fekete lyuk körüli komplex dinamikából számítottak rá. A lyukba hulló anyag hatalmas sebességgel kering a fekete lyuk egyenlítőjének vonalában, így kialakítva az akkréciós korongot. Az aszimmetrikus képet részben a Doppler-effektus hozza létre: a korong egyik oldala a megfigyelő felé mozog, így az anyag mozgása felerősíti a sugárzást, fényesebb lesz; a másik oldalon ennek az ellenkezője játszódik le.

Az M87* megfigyelése az azóta kibővített EHT hálózattal új képeket és sokkal gazdagabb adatokat hoz majd nekünk erről a turbulens dinamikai viselkedésről. A kutatócsoport már egy kiegészítő, grönlandi teleszkóp 2018-as megfigyelési adatainak elemzésén dolgozik, 2021-ben pedig két további helyszínt terveznek hozzáadni a hálózathoz, ezzel rendkívüli képminőséget hozva létre; így még közelebbről láthatnánk a fekete lyuk árnyékát és élesebb képeket lehetne készíteni.

Forrás: Nature, Event Horizon Telescope

Hozzászólás

hozzászólás