A tudósokat jellemzően nem nagyon izgatja fel, ha valamiből már a másodikat fedezik fel. Ám látványos kivételt jelentett e szabály alól a Sagittarius A* (röviden Sgr A*), a saját Tejútrendszerünk központi fekete lyukának lefényképezése. 2019-ben minden híroldalt elborított az M87*-ról, egy tőlünk több mint 50 millió fényévre lévő szupernagy tömegű fekete lyukról készült első felvétel. Ez volt az első alkalom, hogy fénykép készült egy fekete lyukról. 2022. május 12-én pedig mindez megismétlődött, amikor az Eseményhorizont Távcső (EHT) nevű műszeregyüttessel dolgozó kutatócsoport a második ilyen felvételt is bemutatta – ezúttal a saját galaxisunk központi óriás fekete lyukáról.

Az eddig megörökített két fekete lyuk képe rendkívüli módon hasonlít egymásra. Forrás: ESO.

A felületes szemlélő számára a két fényképen látható, a középső sötét árnyékfoltot körülölelő, narancsszínben ragyogó fánkszerű jelenség szinte megkülönböztethetetlen egymástól. Az asztrofizikusokat viszont talán éppen ez a döbbenetes hasonlóság nyűgözte le a legjobban.

„Egy tökéletesen sötét foltot körülölelő fényes gyűrűt látunk – egy fekete lyuk árulkodó jelét. Most már tudjuk, hogy közvetlenül látjuk a soha vissza nem térés végső határát” – magyarázza Feryal Özel, az Arizonai Egyetem Stewart Obszervatóriumának vezetője, a csillagászat és fizika professzora. Özel saját elmondása szerint 20 éve esett szerelembe a fekete lyukakkal. Akkor, még a Harvard Egyetem végzős hallgatójaként, a szakdolgozatában vizsgálta meg, milyen lehet egy fekete lyukat megpillantani. Mit látnánk? Látnánk-e bármit is? Ebből a témából írt Özel és Dimitrios Psaltis, szintén az Arizonai Egyetem professzora, két jelentős tudományos cikket 2000-ben és 2001-ben. Ezekben a szerzők már megjelölték az M87*-ot és az Sgr A*-ot, mint az ilyen vizsgálatok két legígéretesebb célpontját. Pontosabban azt a két célpontot, amiről legalább halvány remény mutatkozott arra, hogy képet készíthessünk a rendelkezésünkre álló eszközökkel. Ez az elméleti munka jelentette az Eseményhorizont Távcső alapját.

A bennünket körülvevő világban megszoktuk, hogy a kicsi dolgok nagyon másmilyenek, mint a nagy méretű társaik. Egy elefánt egészen másként néz ki, mint egy hangya, azért, mert egy elefánt méretű hangya nem bírná el a saját súlyát. Ugyanígy van ez a csillagászatban is. A bolygók, a csillagok és egyéb égitestek között mind nagyon másmilyenek a kis tömegűek, mint a masszívak. Kivéve a fekete lyukakat. Ezek a rejtélyes, mégis nagyon egyszerű képződmények az őket leíró gravitációelmélet, Albert Einstein általános relativitáselmélete értelmében a méretüktől eltekintve mind pontosan ugyanúgy néznek ki, függetlenül az előéletüktől, függetlenül attól, hogy milyen anyagból és hogyan jöttek létre.

Az EHT-együttműködés kutatóinak feketelyuk-modelljei a Sgr A*-ról. A sugárkövetéses módszerrel generált képek a távcsövek adatait modellezik Einstein általános relativitáselmélete alapján. Forrás: Ben Prather/EHT Theory Working Group/Chi-Kwan Chan.

Erre számítottak az asztrofizikusok az elmélet alapján, és pontosan ezt támasztja alá a két megörökített fekete lyuk képe. „Az hogy a fény egy gyűrűt rajzol ki, középen egy fekete árnyékkal, arra utal, hogy mindez színtiszta gravitáció” – fejti ki Psaltis. – „Mindezt előre jelezte Einstein általános relativitáselmélete, az egyetlen kozmikus elmélet, ami nem törődik a méretekkel.” Noha az EHT erre már nem képes, de ha megnéznénk egy néhány naptömegű fekete lyukat, az is nagyon hasonlóan nézne ki Psaltis szerint, mint a hatmilliárd naptömegű M87*.

„A felvételek elkészültéig nehéz út vezetett” – mondja el Özel, aki a kezdetek óta tagja az EHT tudományos tanácsának, és egyben a modellező és adatelemző csoport vezetője is. Globális összefogásra, több évre, adatok petabájtjaira és minden korábbi tudományos vállalkozásénál bonyolultabb algoritmusok bevetésére volt szükség az Sgr A* egyetlen képének elkészítéséhez. A jövőbe tekintve Özel elmondja, hogy a kutatókat most leginkább az a kérdés foglalkoztatja, hogy miként változik a fekete lyukak megjelenése az idővel. Hogyan változik a kibocsátott fény erőssége és összetétele? Mit tudunk ebből előre jelezni? Hogyan ismerhetjük meg jobban a fekete lyukak környezetét?

„A közös munkánk legfontosabb célja” – zárja gondolatait Özel –, „hogy megállapítsuk, vannak-e, és ha igen, hol vannak az általános relativitáselméletnek a határai.”

Forrás: Arizonai Egyetem