Soha nem látott távcsőhad figyelte meg a híres fekete lyuk környezetét

5917

Aki az utóbbi időben rendszeresen böngészett csillagászati híreket, az garantáltan találkozott már az M87 galaxisban található szupernagy tömegű fekete lyukról (M87*), pontosabban annak közvetlen környezetéről készült felvétellel. A narancssárgás fánkra hasonlító kép jelentősége óriási. Bár magáról a fekete lyukról természeténél fogva nem szerezhettünk közvetlenül információt (a belső sötét térrész is csak az eseményhorizontnál kb. 2,4-szer nagyobb ún. gravitációs „árnyék”), a körülötte örvénylő forró plazmáról viszont annál inkább, megerősítve az akkréciós modellek és a relativitáselmélet előrejelzéseit. Emellett a megfigyelés valódi technikai mérföldkőnek is számított, ekkor sikerült ugyanis először alkalmazni a világ több pontján lévő teleszkópokat összekapcsoló rádióinterferometriás méréseket a rendkívüli precíziót igénylő milliméteres hullámhosszakon. A 2017. áprilisi megfigyelések alkalmával a nyolc obszervatóriumot tömörítő Event Horizont Telescope (EHT) program csak a szuperszámítógépes adatfeldolgozást igénylő technológia révén érhette el a szükséges 20 mikroívmásodperces szögfelbontást. Mindez olyan mértékű nagyítást jelentett, mintha egy New York-i újság apróbetűs részét Londonból is el tudnánk olvasni…

Az ominózus első felvétel az M87 galaxis centrumában lévő szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéről. Forrás: Event Horizont Telescope

Az EHT megfigyeléseiből kinyerhető tudományos eredmények pedig nem szűntek meg a híres „pillanatfelvétel” 2019-es publikálásával. A kutatók a kép készítése során nyert modellezési tapasztalatokat felhasználva képesek voltak visszamenőlegesen is szimulálni, hogy miként nézhetett ki a fekete lyuk környezete 2009 és 2013 között, amikor nyolc helyett csak 3-4 rádióteleszkóp figyelte meg az 53 millió fényévre lévő galaxis centrumát. Az eredmények alapján (és a várakozásoknak megfelelően) a fekete lyuk körüli plazmakorong mérete többé-kevésbé állandónak mutatkozott, ám a legfényesebb régiója viszonylag gyorsan változtatta a pozícióját. A magyarázat szerint ez a plazma gyors keringésének és a fekete lyukba való spirálozódásának az eredménye, ennek következtében a plazmakorong egyfajta „imbolygást” mutat. A megfigyeléseket összefűző numerikus szimuláció alapján készült videó szerint pedig mindez már néhány napos időskálán is megfigyelhető!

Az M87* fekete lyukról készített pillanatkép (jobbra fent), valamint az EHT teleszkóphálózat 2009 és 2017 közötti részleges méréseiből visszaszámolt modellek. Forrás: M. Wielgus, D. Pesce & Event Horizont Telescope

Az adatok újbóli elemzéséből azt is sikerült megállapítani, hogy milyen lehet a fekete lyuk körüli anyagkorong mágneses tere. Ehhez a detektált elektromágneses sugárzás polarizáltságát vették alapul (ennek az irányultságát láthatjuk az alábbi képen halványabb ívekkel szemléltetve), amelynek kialakulása a mágneses erővonalak mentén mozgó nagy sebességű elektronokhoz kötődik. A polarizáltsági mintázat hasonlóan mutatja a mágneses tér alakját, mint a rúdmágnes köré szórt vasreszelék által kirajzolt ívek. Az eredmények alapján az M87* körüli mágneses tér nem egyenletes, sokkal inkább az elméleti modellek keverékét mutatja: a mágneses tér hol radiális, hol pedig vertikális irányultságú a fekete lyuk körül.

Az M87* fekete lyuk körüli akkréciós korong és a polarizált fény ívei (felül), valamint a különböző irányú mágneses terek modelljeiből számolt polarizációs mintázatok (alul). Forrás: Event Horizont Telescope

A legfrissebb publikációt pedig mindössze néhány napja, az M87*-ról készült első felvétel bemutatásának második évfordulóján jelentették meg. Az új szakcikkben a négy évvel ezelőtti interferometrikus méréseket kísérő, szinte példa nélküli obszervációs kampány eredményeit összegzik, amelynek során az EHT erőforrásain felül további 19 teleszkóp figyelte meg az M87 galaxist. A grandiózus projektben 32 állam közel 200 tudományos intézetének 760 kutatója és mérnöke dolgozott azon, hogy a feketelyuk-felvétel készítésének idejéről a lehető legteljesebb spektrumon kaphassanak képet a galaxis centrumáról és az abból származó anyagkilövellésről (jetről). A mérési kampányban szerepelt többek között a Chandra röntgenobszervatórium, a Hubble-űrtávcső és az ALMA rádiótávcső-együttes is, lefedve az extrém energiájú gamma-fotonoktól egészen a rádióhullámhosszakig terjedő tartományt.

A 19 teleszkóp megfigyeléseiből származó eredmények gyönyörűen mutatják meg az M87 valódi arcát a teljes elektromágneses színképen. Magának a galaxisnak az elliptikus alakja és óriási, több százezer fényévnyi kiterjedése a Hubble-űrtávcső optikai felvételein rajzolódik ki a legszebben. A központi jet egyaránt remekül tanulmányozható a Chandra által detektált röntgenfotonok révén és a rádiótávcsövek hosszabb hullámhosszain. Ugyanakkor az M87 centrumának feltérképezéséhez szükséges szögfelbontásra (értsd: nagyításra) már csak utóbbi, a milliméteres hullámhosszakon működő rádióinterferometria képes. A hosszabb hullámhosszakon végzett mérések (bal oldalon) azt is remekül szemléltetik, hogy milyen mértékben kellett növelni a szögfelbontást, amíg végre megpillanthatóvá vált a fekete lyuk körüli plazmafánk.

Az M87 galaxis, a központi régója, valamint az onnan eredő anyagkifújás (jet) a különböző hullámhosszakon. Forrás: J. C. Algaba et al. 2021

A mérések elsődleges célja a jet és a szupernagy tömegű fekete lyuk közti kapcsolat megfejtése. A főként elektronokból és protonokból álló relativisztikus sebességű anyagkiáramlás egyértelműen a fekete lyuk körüli anyagkorongból származik, és az is valószínűsíthető, hogy a mágneses tér segíthet megszökni a részecskéknek a gravitációs kútból, a pontos folyamat ugyanakkor mind a mai napig nem ismert. Hasonlóan nem tisztázott a rendkívüli (a CERN Nagy Hadronütköztetőjénél is milliószor nagyobb) energiájú kozmikus részecskék gyorsítási mechanizmusa, amelyek régóta feltételezett forrása a szupernagy tömegű fekete lyukak környezete. Az M87* megfigyelése ugyanakkor azt sejteti, hogy ezek a részecskék nem közvetlenül az eseményhorizont közelében keletkeznek, legalábbis a 2017-es mérések idején nem így történt.

Ezekre a kérdésekre még a most publikált megfigyelések ismeretében sem lehet választ adni, szükséges ugyanis az egyes jellemzők változásainak vizsgálata is. Szerencsére már erre sem kell sokat várni.

Az M87* megfigyelésének története ugyanis még mindig nem ért véget, ezzel együtt pedig a rendkívül sikeres kísérő mérési kampánynak is biztosan lesz folytatása. Az EHT két év szünet után (két éve technikai problémák, míg tavaly a COVID-helyzet hátráltatta a kutatókat) idén áprilisban új mérési sorozatba kezdett, ezúttal pedig már több célpontja is lesz az immáron 11 rádióobszervatóriumot tömörítő tudományos együttműködésnek, köztük a négy évvel ezelőtt vizsgált M87 is. Mielőtt azonban láthatnánk, hogy miként változott meg négy év alatt a távoli galaxis centruma és az abból származó anyagkiáramlás, egy talán még izgalmasabb eredményre számíthatunk. Hamarosan publikálásra kész állapotban lesz ugyanis az egy évvel később, 2018-ban készített első felvétel a Tejútrendszer közepén lévő fekete lyuk, a Sgr A* környezetéről!

Hozzászólás

hozzászólás