A tudósok hosszú és fáradságos munkája a világ minden tájáról elkészítette az első közvetlen képet a fekete lyuk, az M87 nevű szupermasszív szörny eseményhorizontjáról.
Ez a kép megerősítette sok elképzelésünket a fekete lyukakról.
De a tudomány nem állt le, amikor jött a fényképezés. A tudósok számításokat hajtottak végre azok alapján, amelyeket az M87-ről tanultak az általános relativitáselmélettel kombinálva, hogy még jobban megjósolják, hogyan látjuk majd egyszer ezeket az objektumokat részletesen.
A fekete lyukak hihetetlenül gravitációsan intenzívek. Nemcsak annyira masszívak, hogy még a fénysebesség is túl lassú a gravitációs húzás elkerülése érdekében, hanem a fény útját is meghajlítják maguk körül, az eseményhorizonton túl.
Ha egy elhaladó foton túl közel kerül, akkor a fekete lyuk körül kering. Ez létrehoz egy úgynevezett „fotongyűrűt” vagy „fotongömböt”, egy tökéletes fénygyűrűt, amely várhatóan körülveszi a fekete lyukat az akkreditációs lemez belső széle mentén, de az eseményhorizonton kívül.
A legstabilabb belső pályának is nevezik, és láthatja az alábbi képen, amelyet Jean-Pierre Luminet asztrofizikus készített 1978-ban.
(Jean-Pierre Luminet)
A fekete lyuk környezetének modelljei azt sugallják, hogy a fotonikus gyűrűnek egy komplex alépítményt kell létrehoznia, amely végtelen fénygyűrűkből áll – kicsit olyan, mint a végtelen tükörben látható hatás.
“A fekete lyuk képe tulajdonképpen egy sor beágyazott gyűrűt tartalmaz” – magyarázta Michael Johnson asztrofizikus, a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársa.
“Minden egymást követő gyűrű átmérője nagyjából azonos, de egyre” élesebbé “válik, mert fénye többször forog a fekete lyuk körül, mielőtt a megfigyelőhöz érne.”
(Esemény Horizon távcső)
Az M87 ezen a történelmi első fényképén (a fenti ábrán) látjuk az akkréciós lemezt – egy világító narancs-arany darabot. A középső fekete rész a fekete lyuk árnyéka. Valójában nem láthatjuk a fotongömböt, mert a felbontás nem elég nagy ahhoz, hogy kiváltsa, de a fekete lyuk árnyékának pereme mentén kell elhelyezni.
Ha látnánk, akkor ez a gyűrű nagyon fontos dolgokat fog elmondani a fekete lyukról. A gyűrű mérete meghatározhatja a fekete lyuk tömegét, méretét és sebességét. Az akkreditációs lemezről azonosíthatjuk őket, de a fotongyűrű lehetővé tenné számunkra az adatok további korlátozását a pontosabb mérések érdekében.
“Minden gyűrű fotonokból áll, amelyeket a megfigyelő képernyőjére lencsevégeznek, miután azokat az univerzum bármely pontjáról származó fotonikus héj összegyűjtötte” – írják tanulmányukban a kutatók.
Ezért abszorpció nélküli idealizált környezetben minden gyűrű külön exponenciálisan torz képet tartalmaz az egész univerzumról, minden egyes következő gyűrű megragadja a látható univerzumot. A díszlet együttesen hasonlít a filmfelvételekhez, amelyek a látható univerzum történetét rögzítik fekete lyukból nézve. '
Tehát Johnson és csapata szimulációkkal állapította meg, hogy a jövőbeni megfigyelések során kimutathatóak-e fotongyűrűk. Megállapították, hogy meg lehet csinálni, bár nem lenne könnyű.
Az M87 lövés a találékonyság és az együttműködés bravúrja volt. A világ minden tájáról készült távcsövek együttesen létrehoztak egy nagyon hosszú, interferencia-mérőórát, amelyet úgynevezett eseményhorizontól teleszkópnak neveznek, ahol a tömbben lévő teleszkópok közötti pontos távolságok és időbeli különbségek kiszámíthatók megfigyeléseik összeragasztására. Olyan – nagyon, nagyon egyszerű szavakkal -, mintha egy teleszkópja akkora lenne, mint a Föld.
“Ami igazán meglepett bennünket, az az, hogy a beágyazott gyűrűk képeken szinte láthatatlanok – még tökéletes képeken is -, de erős és világos jelek az interferométereknek nevezett távcsövek tömbjeihez” – mondta Johnson.
A tanulmány a Science Advances folyóiratban jelent meg.
Források: Fotó: A fekete lyuk körül keringő fotonok. (Nicole R. Fuller / NSF)
