A héten megtörtént a nagy bejelentés, amelyet nem túlzás az év legjelentősebb csillagászati eredményeként kezelni. Az Event Horizont Telescope (EHT) projekt bemutatta tizenöt év fejlesztésének és kutatómunkájának a eredményét: az első felvételt egy fekete lyukról. Pontosabban annak közvetlen környezetéről, az objektum maga ugyanis nem bocsájt ki detektálható sugárzást, így láthatatlan a számunkra. A felvételen látható narancssárgás karika azonban mérnöki és csillagászati szempontból is korszakalkotó – az alábbiakban az is kiderül, hogy mire ez a nagy felhajtás.

Az ominózis felvétel az M87 galaxisban található szupermasszív fekete lyukról. (Forrás: ETC)

Event Horizont Telescope – maga az elnevezés is azt sejteti, hogy egyetlen teleszkóp végezte az úttörő mérést, pedig valójában több obszervatórium együtteséről van szó. A teleszkópok “összekapcsolása”, az ún. interferometria már régóta alkalmazott eljárás a csillagászatban. Különálló teleszkópok fényét szuperszámítógépeken futó alkalmazásokkal egyesítik, amely révén a felbontás nagymértékben javul. Ilyen elven (is) működnek az European Southern Observatory szervezet VLT-i: egyenként 8,4 méter átmérőjű műszerek, interfometrikus üzemmódban (kiegészülve három kisebb kisegítő távcsővel) azonban egy 130 méteres virtuális teleszkóppal érnek fel.

A 8,4 méteres VLT távcsövek modellje összehasonlítva azzal az effektív tükörátmérővel, amelyet interferométer-üzemmódban elérhető (pirossal). (Forrás: ESO)

Az interferometrikus rendszerek működtetéséhez azonban olyan elképesztő idő- és térbeli precizitás szükséges, amely a megfigyelt elektromágneses hullám hosszával összemérhető. Optikai tartományban ez (egyelőre) csak úgy megoldható, ha a teleszkópok egymás közelében helyezkednek el; jó példák erre a fentebb emlíett VLT távcsövei vagy a Hawaii-on található Keck ikerteleszkópok. Hosszabb hullámhosszakon azonban jóval egyszerűbb mindezt kivitelezni, ezért is lett a rádiócsillagászat az interferometria-technika legnagyobb haszonélvezője. A méteres méretkategóriájú rádióhullámhosszakon a határ a csillagos ég – illetve (egyelőre) a Föld bolygó mérete. Mivel szerte a planétán találhatóak nagy méretű rádiótányérok, ezek mérési adatait kombinálva gyakorlatilag egy több ezer km átmérőjű teleszkóp felbontása érhető el. Mindez már jó ideje gyakorlat, a Very Long Baseline Array rádióantennáit rendszeresen használják elsősorban távoli galaxisok vizsgálatára.

Az optikai tartományban érzékeny Keck óriástávcsövek legtávolabbi pontjainak távolsága 85 méter, ez az ún. bázisvonal (D). A szögfelbontás (vagyis a célpont objektum egyes részleteinek megkülönböztethetőségének, θ) növelése a megfigyelési hullámhossz (λ) csökkentésével, vagy a bázisvonal növelésével érhető el. Sajnos a kettő egymás ellen dolgozik; nagy bázisvonal még interferometriával is csak hosszabb (tipikusan rádió-) hullámhosszakon érhető el.

Gyakorlatilag ezen rádió-interferometria technikának a kiterjesztése volt a cél a rövidebb, (szub-)milliméteres tartományra, amikor tizenöt éve európai és amerikai kutatóközpontok együttműködésével megalakult az Event Horizont Telescope kollaboráció. Az első, 2006-os tesztek óta sorra csatlakoztak a programhoz a megfigyelőállomások. Jelen formájában az EHT kilenc milliméteres tartományban érzékeny teleszkóp mérési adatait használja, amelyek a Hawaii-szigetektől Spanyolországig, Grönlandtól a Déli-sarkig találhatóak szerte a világon.

Az Event Horizont Telescope teleszkópantennái a világ körül. (Forrás: EHT Facebook)

Az EHT projekt kezdete óta eltelt hosszú idő a rengeteg úttörő jellegű technológiai kihívásnak tudható be. Mindezek önmagukban nehezen szemléltethetőek, azonban sokatmondó, hogy a fejlesztéseket és a teszteket követően az “éles” mérésekre csak 2017 áprilisában került sor. Ekkor a programban részt vevő teleszkópantennák két hétig figyelték meg közös célpontjukat, az M87 galaxis közepén található nagy tömegű fekete lyukat.

A mérnököknek ráadásul számos olyan, viszonylag “hétköznapi” problémával is meg kellett birkózniuk, mint pl. az irgalmatlan adatamennyiség tárolása és szállítása. A nyolc teleszkópantenna által összesen termelt 7.000.000 GB adatot csak fizikai adathordozón tudták eljuttatni a feldolgozást végző központokba. Ennek következményeként a projekt egy éves csúszást is szenvedett, a Déli-sark közelében található South Pole Telescope esetében ugyanis a zord időjárás nem tette lehetővé az onnan származó adatok időben történő elszállítását. A kutatóknak így meg kellett várniuk az antarktiszi tél végét, hogy 2017 decemberében végre az utolsó adatcsomag is megérkezzen.

Kissé barátságtalan, de amúgy kétségtelenül szép helyen van a South Pole Telescope. (Forrás: Dr. Daniel Michalik, NSF)

Az EHT által most bemutatott kép első ránézésre talán nem is látványos, a kulcs azonban a technikai részletekben rejlik. A célpont az M87 óriás eliptikus galaxis központi szupermasszív fekete lyuka volt. A monstrum tömege hozzátevőlegesen 6,5 milliárd naptömeg – ez még a Tejútrendszer központi fekete lyukánál is kb. 1500-szor nagyobb! Az óriási tömeg hatalmas méretet is sejtet, azonban a fekete lyuk saját gravitációja miatt “viszonylag” kis méretű. A fekete lyuk határa (definíció szerint) az eseményhorizont, az távolság a középponttól, amelyen belül már a fény sem tud megszökni a gravitáció miatt. Emiatt a fekete lyukról készült felvételen magát a fekete lyukat nem is láthatjuk, hiszen detektálható sugárzás nem jut ki róla. Látható viszont (sárgás-narancsos színnel), ahogy az ún. akkréciós korong, vagyis a belespirálozódó anyag körbeveszi. Ahonnan pedig feketeség kezdődik az már csak nem maga az eseményhorizont, pontosabban az attól némiképp (kb. 2,5-szer) nagyobb "árnyéka". Ezt az (sok idézőjeles) árnyékot az eseményhorizonton belülre kerülő és ezáltal elvesző fotonok, valamint az erős gravitációs térben bekövetkező fényelhajlás okozza. Magyarán: a EHT felvételén látható sötét folt nem a fekete lyuk határa (mint ahogy az sok helyen felbukkant a médiában), sokkal inkább a sziluettje.

Remek magyarázata és szemléltetése a fekete lyuk felvételén látható sötét folt létrejöttének.

Ez persze mit sem von le a EHT sikeréből. Az M87 fekete lyuka esetében az eseményhorizont sugara kb. 20 milliárd km (125 csillagászati egység), ami nagyságrendileg megegyezik a legmesszebb járó űrszonda, a Voyager 1 jelenlegi távolsága – gyakorlatilag összemérhető a Naprendszer méretével. Megint csak, egy Naprendszer méretű fekete lyuk nagynak tűnik (hát, mondjuk az is), de 54 millió fényév távolságból aprónak látszik. Nagyságrendileg akkorának, mint egy teniszlabda a Holdról nézve. A kihívás pedig épp ebben állt: nem észre kellett venni (detektálni) a fekete lyukat (ami amúgy nem különösebben nehéz), hanem fel kellett térképezni a részleteit, szakszóval fel kellett bontani a felvételen. Ehhez pedig, ahogy a fentiekből is kitűnik, minél nagyobb távcső (bolygó méretű teleszkóphálózat) kellett, a lehető legrövidebb hullámhosszon (milliméteres tartomány).

Az M87 galaxis (a kép bal felső harmadában) és a belőle több, mint 5000 fényévre kinyúló részecskeáramlás, az ún. jet. Utóbbi szintén a központi fekete lyuk környékéből ered. (Forrás: HST/NASA/ESA)

Azon túl, hogy az EHT eredménye igazi technológiai mérföldkő, természetesen csillagászati és kozmológiai vonatkozásban is rendkívüli. Mindeddig nem láttunk rá egy fekete lyukra és közvetlen környezetére, pusztán a tágabb értelembe vett környezetére gyakorolt hatásait vizsgálhattuk, mint pl. a körülötte keringő nagy sebességű csillagok vagy a jet-szerű részecske kilövellések. Az eseményhorizont közelébe jutó gáz- és prokorong elnyeléséről, az ún. akkréciós korongról mindeddig nem volt közvetlen információnk. Az általános relativitáselmélet és a hidrodinamikai modellezések alapján azonban elég határozott elképzeléseink voltak arról, hogy az EHT mit fog látni – az eredmények pedig rendkívül pontosan igazolták az elméleteket (mondhatnánk, Einsteinnek megint igaza volt, de ez már igen elcsépelt szófordulat). A milliméteres interferometria pedig új eszközt is ad a csillagászok kezébe, amelynek révén a fekete lyukak paraméterei szinte közvetlenül vizsgálhatóvá válnak.

Előzetesen végzett számítógépes szimuláció az M87 központi fekete lyukáról (balra), valamint ugyanez "lebutítva" az EHT jelenlegi érzékenységéhez. Mint azt a mellékelt ábra is mutatja, a szimulációk fején találták a szöget. (Forrás: Andrew Chael)

Ennél a pontnál az EHT diadalmenete még nem ért véget, ugyanis a két évvel ezelőtti méréseket tavaly tavasszal egy újabb két hetes mérési kampány követett. Ennek célpontja saját Galaxisunk, a Tejútrendszer központi fekete lyuka, becsületes nevén a Sgr A* volt. Ugyan 4 millió naptömegével eltörpül az M87 hasonló objektuma mellett, viszont hatalmas előnye, hogy közel van, mindössze 26000 fényévnyire. Nem mellesleg a hozzánk "tartozó" szupermasszív fekete lyukunkról beszélünk - érdemes hát a végére járni miként is néz az ki.

Felkészül a Sgr A*, ami ott rejtőzik a por- és gázfelhők vastag gyűrűjében. (Forrás: NASA)

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.